JPH05209827A - 湿度測定装置およびそれを備えた加湿機器 - Google Patents
湿度測定装置およびそれを備えた加湿機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加湿された気体の湿度を検知するための装置
を提供する。 【構成】 湿度センサ１０と、選択される赤外線放射源
１３〜１５と、赤外線放射検出装置３４，３５と、放射
源と検出器とを湿度センサに光学的に結合するための光
導波管１７，２７とを備えており、検出器に入射する受
光された赤外線放射が気体（２２，２３，２４）の湿度
の指示を与えるように構成される。この湿度検出装置
は、医療用の呼吸回路に用いられる加湿装置に適用する
ことができる。
を提供する。 【構成】 湿度センサ１０と、選択される赤外線放射源
１３〜１５と、赤外線放射検出装置３４，３５と、放射
源と検出器とを湿度センサに光学的に結合するための光
導波管１７，２７とを備えており、検出器に入射する受
光された赤外線放射が気体（２２，２３，２４）の湿度
の指示を与えるように構成される。この湿度検出装置
は、医療用の呼吸回路に用いられる加湿装置に適用する
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、湿度測定装置に関して
おり、特に、そのためのみではないが、例えば病院にお
ける患者に加湿された気体を供給するために用いられる
形式の加湿機器により発生された加湿された気体の湿度
を測定するために用いられる湿度測定装置に関する。
おり、特に、そのためのみではないが、例えば病院にお
ける患者に加湿された気体を供給するために用いられる
形式の加湿機器により発生された加湿された気体の湿度
を測定するために用いられる湿度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在用いられている湿度検知装置（湿度
センサ）は、やや遅い反応時間を有し、かつ、高い相対
湿度において使用するのは適当ではないものが多い。生
物医療関係の産業においては、高い（６０〜１００％）
相対湿度にある移動する空気流の絶対湿度を速い応答時
間をもって測定することがしばしば必要となる。
センサ）は、やや遅い反応時間を有し、かつ、高い相対
湿度において使用するのは適当ではないものが多い。生
物医療関係の産業においては、高い（６０〜１００％）
相対湿度にある移動する空気流の絶対湿度を速い応答時
間をもって測定することがしばしば必要となる。
【０００３】このような利用の一例としては、空気吸入
機における患者への呼吸回路中の湿度の測定がある。こ
のケースでは、早い速度で移動する空気流の中で、か
つ、水の凝縮に影響されることなく、呼吸毎、あるい
は、ある時間周期での積算により湿度を知ることが必要
となる。このようなシステムにおける空気流は、それを
取りまくチューブの壁よりも暖かく、したがって、チュ
ーブ壁上に、および、その空気中に水滴が存在すること
となる。また、サンプリング装置（例えば吸入ポンプあ
るいはバイバスチューブ）を用いることなく、呼吸回路
中の湿度を測定することが必要である。この形式の装置
は、「メインストリーム（ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ）」と
言われており、速度、簡単化、静かな動作の点で利点を
もっている。
機における患者への呼吸回路中の湿度の測定がある。こ
のケースでは、早い速度で移動する空気流の中で、か
つ、水の凝縮に影響されることなく、呼吸毎、あるい
は、ある時間周期での積算により湿度を知ることが必要
となる。このようなシステムにおける空気流は、それを
取りまくチューブの壁よりも暖かく、したがって、チュ
ーブ壁上に、および、その空気中に水滴が存在すること
となる。また、サンプリング装置（例えば吸入ポンプあ
るいはバイバスチューブ）を用いることなく、呼吸回路
中の湿度を測定することが必要である。この形式の装置
は、「メインストリーム（ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ）」と
言われており、速度、簡単化、静かな動作の点で利点を
もっている。
【０００４】現在ある商業的な湿度測定装置は、いくつ
かのよく知られた原理に基づいて動作し、それらは全て
長所、短所ともにもっている。乾湿球湿度計は、湿球お
よび乾球温度計の温度差を測定する装置である。それ
は、気象学のためか、あるいは、湿った空気が静的また
はゆっくり動いていて、かつ、殆んど汚染されることが
ない部屋あるいは室内において用いられる。
かのよく知られた原理に基づいて動作し、それらは全て
長所、短所ともにもっている。乾湿球湿度計は、湿球お
よび乾球温度計の温度差を測定する装置である。それ
は、気象学のためか、あるいは、湿った空気が静的また
はゆっくり動いていて、かつ、殆んど汚染されることが
ない部屋あるいは室内において用いられる。
【０００５】湿った空気からの水分を表面に呼吸するよ
うにした高分子フイルムあるいは多孔性セラミックによ
り作られる装置が多くある。この場合は、その装置の物
理的特性（例えば、抵抗あるいは容量）における変化が
もたらされ、それが測定されることとなる。これらの装
置は高価であり、ＨＶＡＣ応用や消費者向商品としては
人気も高い。これらの装置の欠点は、その精度が低く、
長く用いると偏差や汚染が生じ、また、高い相対湿度に
おいて「水びたし」状態になる傾向があることである。
このことは、相対湿度が高くなることの多い、医療用の
呼吸回路にそれらを利用することを制限することとな
る。
うにした高分子フイルムあるいは多孔性セラミックによ
り作られる装置が多くある。この場合は、その装置の物
理的特性（例えば、抵抗あるいは容量）における変化が
もたらされ、それが測定されることとなる。これらの装
置は高価であり、ＨＶＡＣ応用や消費者向商品としては
人気も高い。これらの装置の欠点は、その精度が低く、
長く用いると偏差や汚染が生じ、また、高い相対湿度に
おいて「水びたし」状態になる傾向があることである。
このことは、相対湿度が高くなることの多い、医療用の
呼吸回路にそれらを利用することを制限することとな
る。
【０００６】冷却されたミラーを用いて湿った空気の露
点を測定する装置は高価であるが、高い相対湿度によく
適し、かつ、精度もよい。この技術の欠点は、ミラーの
表面が汚染されやすいことであり、したがって、この装
置は動かない空気中で動作するのが最善である。加熱さ
れる温度センサを用いて湿った空気の熱伝導度を測定す
る商業的装置もある。これは、空気の絶対湿度に感応
し、高い相対湿度にもよく耐える。しかし、測定動作が
空気の流れや気体の成分の違いにより影響される。呼吸
回路中には、その湿度測定に影響することとなる酸素や
麻酔性の気体が高レベルで存在している。
点を測定する装置は高価であるが、高い相対湿度によく
適し、かつ、精度もよい。この技術の欠点は、ミラーの
表面が汚染されやすいことであり、したがって、この装
置は動かない空気中で動作するのが最善である。加熱さ
れる温度センサを用いて湿った空気の熱伝導度を測定す
る商業的装置もある。これは、空気の絶対湿度に感応
し、高い相対湿度にもよく耐える。しかし、測定動作が
空気の流れや気体の成分の違いにより影響される。呼吸
回路中には、その湿度測定に影響することとなる酸素や
麻酔性の気体が高レベルで存在している。
【０００７】早い応答速度で、かつ、空気の流速や気体
の成分における変化に感応しないようにすることのでき
る湿度測定の一つの方法は、赤外線による湿度測定であ
る。大気中の湿度を検知するために赤外線放射を利用す
ることは知られているが、医療用の呼吸回路に赤外線湿
度検知を利用するものは未だない。現在ある赤外線湿度
センサは放射源と、検知ユニットと、結合された電子装
置とを備えており、それ故に、医療用の呼吸回路中での
用途には応用することができない。何故ならば、それら
は、実用するにはあまりに重く、かつ、かさばりすぎる
からである。
の成分における変化に感応しないようにすることのでき
る湿度測定の一つの方法は、赤外線による湿度測定であ
る。大気中の湿度を検知するために赤外線放射を利用す
ることは知られているが、医療用の呼吸回路に赤外線湿
度検知を利用するものは未だない。現在ある赤外線湿度
センサは放射源と、検知ユニットと、結合された電子装
置とを備えており、それ故に、医療用の呼吸回路中での
用途には応用することができない。何故ならば、それら
は、実用するにはあまりに重く、かつ、かさばりすぎる
からである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した種々の欠点を解消するか、あるいは、少なくとも一
般の人々の有益な選択を可能とすることができるよう
な、加湿された気体あるいは混合気体の湿度を測定する
ための装置を提供することである。
した種々の欠点を解消するか、あるいは、少なくとも一
般の人々の有益な選択を可能とすることができるよう
な、加湿された気体あるいは混合気体の湿度を測定する
ための装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】そこで第１の
特色によれば、本発明は、医療用の呼吸回路に流れてい
る気体あるいは混合気体の湿度を測定するための装置に
存しており、その装置は、呼吸回路中に配設され、呼吸
回路中の気体の湿度を検知するための湿度センサと、選
択される赤外線放射源と、湿度センサが放射源と当検出
器との光学的に中間に位置するように設けられた赤外線
放射検出器と、放射源と検出器とを湿度センサに光学的
に結合するために配設された光導波管とを備えており、
検出器に入射する受光された赤外線放射が気体の湿度の
指示を与えるように構成されている。
特色によれば、本発明は、医療用の呼吸回路に流れてい
る気体あるいは混合気体の湿度を測定するための装置に
存しており、その装置は、呼吸回路中に配設され、呼吸
回路中の気体の湿度を検知するための湿度センサと、選
択される赤外線放射源と、湿度センサが放射源と当検出
器との光学的に中間に位置するように設けられた赤外線
放射検出器と、放射源と検出器とを湿度センサに光学的
に結合するために配設された光導波管とを備えており、
検出器に入射する受光された赤外線放射が気体の湿度の
指示を与えるように構成されている。
【００１０】もう一つの特色においては、本発明は、そ
れによって供給される気体あるいは混合気体の湿度を測
定する装置を有している加湿機器に存しており、その装
置は、加湿機器の気体導管中に配設され、気体導管中の
気体流をサンプリングするための湿度センサと、選択さ
れる赤外線放射源と、湿度センサが放射源と当検出器と
の光学的に中間に位置するように設けられた赤外線放射
検出器と、放射源と検出器とを湿度センサに光学的に結
合するために配設された光導波管とを有し、検出器に入
射する受光された赤外線放射が気体の湿度の指示を与え
るように構成されている。
れによって供給される気体あるいは混合気体の湿度を測
定する装置を有している加湿機器に存しており、その装
置は、加湿機器の気体導管中に配設され、気体導管中の
気体流をサンプリングするための湿度センサと、選択さ
れる赤外線放射源と、湿度センサが放射源と当検出器と
の光学的に中間に位置するように設けられた赤外線放射
検出器と、放射源と検出器とを湿度センサに光学的に結
合するために配設された光導波管とを有し、検出器に入
射する受光された赤外線放射が気体の湿度の指示を与え
るように構成されている。
【００１１】本発明が関係する分野の当業者にとって
は、本発明の構成上の種々の変更と広い範囲の異なった
実施例や応用が、上記特許請求の範囲に定義された本発
明の技術的範囲から離れることなく、明らかであろう。
ここでの開示と記述は真に例示的なものであって、いか
なる意味においても制限しようとするものではない。
は、本発明の構成上の種々の変更と広い範囲の異なった
実施例や応用が、上記特許請求の範囲に定義された本発
明の技術的範囲から離れることなく、明らかであろう。
ここでの開示と記述は真に例示的なものであって、いか
なる意味においても制限しようとするものではない。
【００１２】
【実施例】本発明は上述したものであり、その構造は下
記に与えられる実施例により明らかとなる。もし近赤外
および中間赤外スペクトル（ＩＲ）にある放射が試料を
通過すると、その試料の化学的組成を示す吸収帯を知る
ことができる。空気中には５つの主な成分、すなわち窒
素、酸素、アルゴン、二酸化炭素および水蒸気がある。
これらの成分のうち、窒素、酸素およびアルゴンは、そ
れらが対称的な構造であるため、赤外線を吸収しない。
二酸化炭素は、４．３μｍ波長において強い吸収帯を有
し、水蒸気は、１．３５〜１．４５μｍ，２．６〜２．
８μｍおよび５．５〜６．５μｍ波長における吸収帯を
有する。医療環境においては、空気中にその他の気体
（例えば麻酔剤）が存在することがあり、それらはその
他の波長における吸収帯を導入することとなる。
記に与えられる実施例により明らかとなる。もし近赤外
および中間赤外スペクトル（ＩＲ）にある放射が試料を
通過すると、その試料の化学的組成を示す吸収帯を知る
ことができる。空気中には５つの主な成分、すなわち窒
素、酸素、アルゴン、二酸化炭素および水蒸気がある。
これらの成分のうち、窒素、酸素およびアルゴンは、そ
れらが対称的な構造であるため、赤外線を吸収しない。
二酸化炭素は、４．３μｍ波長において強い吸収帯を有
し、水蒸気は、１．３５〜１．４５μｍ，２．６〜２．
８μｍおよび５．５〜６．５μｍ波長における吸収帯を
有する。医療環境においては、空気中にその他の気体
（例えば麻酔剤）が存在することがあり、それらはその
他の波長における吸収帯を導入することとなる。
【００１３】湿度を測定するために赤外線の吸収を利用
している装置は、次のようにして製作することができ
る。赤外線源（狭い帯域幅であるか、あるいは、狭い帯
域幅のフィルターを有する）を、その放射が平行にされ
てビームにされ、そのビームはサンプル空気（サンプル
セル）を含むチャンバー（室）内を通過し、そして、最
後に、その放射強度を測定する赤外線検出器に当たるよ
うにセットアップされる。赤外線フィルタは、水の吸収
帯のうちの一つにおける放射を通過させるように選ばれ
ている。この装置は、測定セル内での凝縮を止めるため
に、加熱コイルにより加熱されるか、あるいは、赤外線
放射出力が凝縮を停止するのに十分なものとされる。シ
ステムノイズを減少し、長期安定性を増すために、光線
源にある変調を施すことが必要である。これは、光線源
を直接変調するか、あるいは、ある形式の機械的な放射
チョッパーを使用することにより達成される。
している装置は、次のようにして製作することができ
る。赤外線源（狭い帯域幅であるか、あるいは、狭い帯
域幅のフィルターを有する）を、その放射が平行にされ
てビームにされ、そのビームはサンプル空気（サンプル
セル）を含むチャンバー（室）内を通過し、そして、最
後に、その放射強度を測定する赤外線検出器に当たるよ
うにセットアップされる。赤外線フィルタは、水の吸収
帯のうちの一つにおける放射を通過させるように選ばれ
ている。この装置は、測定セル内での凝縮を止めるため
に、加熱コイルにより加熱されるか、あるいは、赤外線
放射出力が凝縮を停止するのに十分なものとされる。シ
ステムノイズを減少し、長期安定性を増すために、光線
源にある変調を施すことが必要である。これは、光線源
を直接変調するか、あるいは、ある形式の機械的な放射
チョッパーを使用することにより達成される。
【００１４】実施に際しては、乾燥空気を含むチャンバ
ーが同様にセットアップされ、参照（参照セル）として
使用される。サンプル検出器と参照検出器の上に落ちる
放射の量の差が水蒸気により吸収された放射量となる。
この差は、サンプルセルにある水蒸気の量に関連してお
り、従って、絶対湿度に関連している。この種類のシス
テムは２ビーム、単一波長システムとして知られてお
り、当業者に周知である。この２ビーム、単一波長シス
テムの欠点は、もし汚染がサンプルの窓に付着すると、
測定精度が低下することである。
ーが同様にセットアップされ、参照（参照セル）として
使用される。サンプル検出器と参照検出器の上に落ちる
放射の量の差が水蒸気により吸収された放射量となる。
この差は、サンプルセルにある水蒸気の量に関連してお
り、従って、絶対湿度に関連している。この種類のシス
テムは２ビーム、単一波長システムとして知られてお
り、当業者に周知である。この２ビーム、単一波長シス
テムの欠点は、もし汚染がサンプルの窓に付着すると、
測定精度が低下することである。
【００１５】上記２ビーム方法に代替するものとして、
１つのサンプルセルを使用し、２つの異なった波長をそ
こに通す方法がある。波長の１つは、水の吸収帯（測定
波長）内に位置し、他の波長は水の吸収帯の外側（参照
波長）に位置する。この２つの波長は、通常２種の放射
源を直接変調するか、単一の放射源を波長変調するか、
放射路中にいくつかの帯域干渉フィルタを交番させる
か、あるいは、一つの帯域干渉フィルタを波長変調する
か、により発生される。測定波長のものがセルを通過す
る時は、赤外線検出器に入る入射する放射の量はサンプ
ルセルの中にある水蒸気の量に依存し、参照波長のもの
が通過する時は、水蒸気の量とは無関係となる。こうし
て、検出器の出力に小さな交番する信号が存在すること
となり、それは、放射線源からの放射の一定量について
みれば、サンプルセルにある水蒸気に吸収された放射の
量に比例する。これがサンプルセル中の水分の量、従っ
て、絶対湿度に関連することとなる。
１つのサンプルセルを使用し、２つの異なった波長をそ
こに通す方法がある。波長の１つは、水の吸収帯（測定
波長）内に位置し、他の波長は水の吸収帯の外側（参照
波長）に位置する。この２つの波長は、通常２種の放射
源を直接変調するか、単一の放射源を波長変調するか、
放射路中にいくつかの帯域干渉フィルタを交番させる
か、あるいは、一つの帯域干渉フィルタを波長変調する
か、により発生される。測定波長のものがセルを通過す
る時は、赤外線検出器に入る入射する放射の量はサンプ
ルセルの中にある水蒸気の量に依存し、参照波長のもの
が通過する時は、水蒸気の量とは無関係となる。こうし
て、検出器の出力に小さな交番する信号が存在すること
となり、それは、放射線源からの放射の一定量について
みれば、サンプルセルにある水蒸気に吸収された放射の
量に比例する。これがサンプルセル中の水分の量、従っ
て、絶対湿度に関連することとなる。
【００１６】この種類のシステムは、単一ビーム、２波
長システムと称されており、当業者に周知である。この
種類のシステムの利点は、サンプルセルにおける窓の表
面の不良が測定波長と参照波長との両方に等しく（それ
らの波長が互いに近いと仮定して）影響を及ぼすので、
絶対湿度の測定精度に影響を与えないことである。患者
に供給する空気を加湿する機器はよく知られており、し
ばしば図１に示されたものと同様の形式で提供される。
図１をみれば、加湿機器が一般的に１で示されており、
電子制御回路を含み、加熱部品をヒータプレート３内に
有する基体２を備えており、そのヒータプレートは加湿
室４の底部と接触している。加湿室は気体入口５および
気体出口６を有する。気体出口６は、加湿された気体を
放射源に与える導管７に、その導管の端部８において接
触している。放射源は、フェースマスクあるいは例えば
管挿入された患者に結合されている。加熱要素９が、加
湿された気体が導管を通る間に凝縮することを防ぐため
に、導管中に配設されている。加湿室４には水があり、
その水がヒータプレート３により加熱されて加湿室にあ
る気体を加湿し、所望の温度と所望の湿度にする。通
常、手当をしている患者を医療用呼吸回路に結合する導
管中で凝縮が発生する。その回路は吸入システムと加湿
された気体の源を供給するための加湿機器とを含んでい
る。凝縮は、導管の壁が通常その機器から供給される加
湿された気体の温度に比較して低温（周囲の雰囲気の周
囲温度に近い温度）であることから、導管中で発生す
る。これまで、湿度センサは、このような導管中で水の
凝縮に影響されず、同時にそのような速く移動する空気
流を十分速くかつ正確に湿度測定するものとして提供さ
れたことはなかった。
長システムと称されており、当業者に周知である。この
種類のシステムの利点は、サンプルセルにおける窓の表
面の不良が測定波長と参照波長との両方に等しく（それ
らの波長が互いに近いと仮定して）影響を及ぼすので、
絶対湿度の測定精度に影響を与えないことである。患者
に供給する空気を加湿する機器はよく知られており、し
ばしば図１に示されたものと同様の形式で提供される。
図１をみれば、加湿機器が一般的に１で示されており、
電子制御回路を含み、加熱部品をヒータプレート３内に
有する基体２を備えており、そのヒータプレートは加湿
室４の底部と接触している。加湿室は気体入口５および
気体出口６を有する。気体出口６は、加湿された気体を
放射源に与える導管７に、その導管の端部８において接
触している。放射源は、フェースマスクあるいは例えば
管挿入された患者に結合されている。加熱要素９が、加
湿された気体が導管を通る間に凝縮することを防ぐため
に、導管中に配設されている。加湿室４には水があり、
その水がヒータプレート３により加熱されて加湿室にあ
る気体を加湿し、所望の温度と所望の湿度にする。通
常、手当をしている患者を医療用呼吸回路に結合する導
管中で凝縮が発生する。その回路は吸入システムと加湿
された気体の源を供給するための加湿機器とを含んでい
る。凝縮は、導管の壁が通常その機器から供給される加
湿された気体の温度に比較して低温（周囲の雰囲気の周
囲温度に近い温度）であることから、導管中で発生す
る。これまで、湿度センサは、このような導管中で水の
凝縮に影響されず、同時にそのような速く移動する空気
流を十分速くかつ正確に湿度測定するものとして提供さ
れたことはなかった。
【００１７】図２に、単一ビーム、２波長の赤外線湿度
センサを示す。これは２つの組立部品、センサユニット
１０および離隔したリモートベースユニット１２によ
り、構成されている。ベースユニット１２は、好ましく
は加湿機器基体２（図１）の内部あるいは近傍に配置さ
れており、センサユニット１０は、呼吸用導管７の中に
配置されるか、あるいはその一部を構成している。広帯
域の放射がタングステンハロゲンランプ１３により発生
され、ハロゲンランプ組立体の一部品である特殊ミラー
１４により、平行にしてビームにされる。その平行ビー
ム光はレンズ１５により光ファイバー１７の端部におけ
る像１６に集束される。放射の一部は光ファイバーに入
り、そのファイバーコア中をファイバ端部１８のサンプ
ルセルまで伝播し、そこで、放出され、ガラスの微小球
１９により平行にされる。平行にされた放射ビームは、
窓２０および２１を経て、サンプルセル４１を通過す
る。サンプルセルの内部空間２２で、測定される気体が
ポート２３および２４を経てサンプルセルを通過する。
サンプルセルを出た後、放射ビームは第２のガラス微小
球２５により第２の光ファイバー２７の端部で点２６に
絞り込まれる。放射は、次いでファイバーコアを通っ
て、光ファイバー２８のもう一方の端部まで伝播し、そ
こでファイバーから放出され、レンズ２９により平行ビ
ームにされる。このビームが２つの赤外帯域通過フィル
タ３０および３１を通過する。そのフィルタは光学的バ
ッフル（邪魔板）４９に装着されており、放射はフィル
タ３０および３１のみを通過することができる。フィル
タ３０は、水の吸収帯（例えば１．３７μｍ）にある波
長のみを通過させるように選択されたフィルタであっ
て、測定用フィルタである。フィルタ３１は、水の吸収
帯の外側（例えば１．３０μｍ）にある波長のみを通過
させるように選択されたフィルタであって、参照用フィ
ルタである。光チョッピングディスク３２がモータ３３
により回転され、交互にフィルタ３０からの放射とフィ
ルタ３１からの放射がレンズ３４を通過し、そこで、放
射が赤外線検出器３５上の焦点に運ばれる。検出器は、
ゲルマニウムフォトダイオード型のものでよい。検出器
３５からの信号をケーブル３６により増幅器３７に接続
し、ロックイン増幅器３８により同期して検出する。フ
ォトダイオードのような手段が、光遮断手段３９を介し
て、ロックイン増幅器３８に供給される同期信号５０を
得るために設けられている。ロックイン増幅器の出力
は、アナログあるいはディジタル型の信号処理およびデ
ィスプレイ回路５７により処理されて、絶対湿度の測定
値が得られる。ハウジング４２が検出器アセンブリの周
囲に設けられており、光学的な絶縁が行われている。フ
ィルタ３０および３１を通ってくる放射の量を変化させ
るための手段が設けられて（例えば摺動バッフル４０に
より）、検出器３５は、乾燥した空気がサンプル室を通
過している時には、ＡＣ信号を与えないようにされてい
る。この調整は、それらのフィルタが等しい帯域幅ある
いは伝送率を有していないか、または、検出器の応答が
波長に応じて一様でなければ、必要となる。
センサを示す。これは２つの組立部品、センサユニット
１０および離隔したリモートベースユニット１２によ
り、構成されている。ベースユニット１２は、好ましく
は加湿機器基体２（図１）の内部あるいは近傍に配置さ
れており、センサユニット１０は、呼吸用導管７の中に
配置されるか、あるいはその一部を構成している。広帯
域の放射がタングステンハロゲンランプ１３により発生
され、ハロゲンランプ組立体の一部品である特殊ミラー
１４により、平行にしてビームにされる。その平行ビー
ム光はレンズ１５により光ファイバー１７の端部におけ
る像１６に集束される。放射の一部は光ファイバーに入
り、そのファイバーコア中をファイバ端部１８のサンプ
ルセルまで伝播し、そこで、放出され、ガラスの微小球
１９により平行にされる。平行にされた放射ビームは、
窓２０および２１を経て、サンプルセル４１を通過す
る。サンプルセルの内部空間２２で、測定される気体が
ポート２３および２４を経てサンプルセルを通過する。
サンプルセルを出た後、放射ビームは第２のガラス微小
球２５により第２の光ファイバー２７の端部で点２６に
絞り込まれる。放射は、次いでファイバーコアを通っ
て、光ファイバー２８のもう一方の端部まで伝播し、そ
こでファイバーから放出され、レンズ２９により平行ビ
ームにされる。このビームが２つの赤外帯域通過フィル
タ３０および３１を通過する。そのフィルタは光学的バ
ッフル（邪魔板）４９に装着されており、放射はフィル
タ３０および３１のみを通過することができる。フィル
タ３０は、水の吸収帯（例えば１．３７μｍ）にある波
長のみを通過させるように選択されたフィルタであっ
て、測定用フィルタである。フィルタ３１は、水の吸収
帯の外側（例えば１．３０μｍ）にある波長のみを通過
させるように選択されたフィルタであって、参照用フィ
ルタである。光チョッピングディスク３２がモータ３３
により回転され、交互にフィルタ３０からの放射とフィ
ルタ３１からの放射がレンズ３４を通過し、そこで、放
射が赤外線検出器３５上の焦点に運ばれる。検出器は、
ゲルマニウムフォトダイオード型のものでよい。検出器
３５からの信号をケーブル３６により増幅器３７に接続
し、ロックイン増幅器３８により同期して検出する。フ
ォトダイオードのような手段が、光遮断手段３９を介し
て、ロックイン増幅器３８に供給される同期信号５０を
得るために設けられている。ロックイン増幅器の出力
は、アナログあるいはディジタル型の信号処理およびデ
ィスプレイ回路５７により処理されて、絶対湿度の測定
値が得られる。ハウジング４２が検出器アセンブリの周
囲に設けられており、光学的な絶縁が行われている。フ
ィルタ３０および３１を通ってくる放射の量を変化させ
るための手段が設けられて（例えば摺動バッフル４０に
より）、検出器３５は、乾燥した空気がサンプル室を通
過している時には、ＡＣ信号を与えないようにされてい
る。この調整は、それらのフィルタが等しい帯域幅ある
いは伝送率を有していないか、または、検出器の応答が
波長に応じて一様でなければ、必要となる。
【００１８】タングステンハロゲンランプ１３に代え
て、半導体放射源（例えば光放出ダイオード）を使用す
ることができる。他の代替として、球状ミラー１４およ
びレンズ１５を、ランプからの光を直接像１６に集束さ
せる楕円形状のミラーにより置き換えることもできる。
更に他の代替として、赤外線放射源をセンサユニット１
０の一部とすることもできる。
て、半導体放射源（例えば光放出ダイオード）を使用す
ることができる。他の代替として、球状ミラー１４およ
びレンズ１５を、ランプからの光を直接像１６に集束さ
せる楕円形状のミラーにより置き換えることもできる。
更に他の代替として、赤外線放射源をセンサユニット１
０の一部とすることもできる。
【００１９】図３および図４は、２つのセンサユニット
の他の例を示している。図３には、図２に示されている
ように放射がサンプルセルを直接通過するようにする代
わりに、ミラー４３がサンプルセルの一方の側に配置さ
れるようにされた他のシステム配列方法が示されてお
り、それによれば、両方の光ファイバーの端部１８およ
び２６が互いに隣り合っている。このことは、光ファイ
バー１７および２７がともにサンプルセルの同じ側から
導出されうることとなり、単一のケーブル中に組合わせ
ることができることを意味している。サンプルセル１１
と窓２０および２１とは、使い捨て可能な単位に組み合
わせることができ、プラスチックを成型して、呼吸用導
管内に配設する角形チューブ５４の形にすることができ
る。角形チューブ５４は、使用者の矢印５６で示された
方向への摺動操作に対応して、開口部５５内に装填され
る。ガラスの微小球も小さい２つのレンズに置き換える
ことができるし、あるいは、プラスチックのサンプルセ
ル中に一体成型されてもよい。加熱手段は、例えば加熱
コイル４５であって、角形チューブ５４を、空気の露点
温度がチューブの温度より高い場合に発生するであろう
凝縮を起こさないように保つためのものである。
の他の例を示している。図３には、図２に示されている
ように放射がサンプルセルを直接通過するようにする代
わりに、ミラー４３がサンプルセルの一方の側に配置さ
れるようにされた他のシステム配列方法が示されてお
り、それによれば、両方の光ファイバーの端部１８およ
び２６が互いに隣り合っている。このことは、光ファイ
バー１７および２７がともにサンプルセルの同じ側から
導出されうることとなり、単一のケーブル中に組合わせ
ることができることを意味している。サンプルセル１１
と窓２０および２１とは、使い捨て可能な単位に組み合
わせることができ、プラスチックを成型して、呼吸用導
管内に配設する角形チューブ５４の形にすることができ
る。角形チューブ５４は、使用者の矢印５６で示された
方向への摺動操作に対応して、開口部５５内に装填され
る。ガラスの微小球も小さい２つのレンズに置き換える
ことができるし、あるいは、プラスチックのサンプルセ
ル中に一体成型されてもよい。加熱手段は、例えば加熱
コイル４５であって、角形チューブ５４を、空気の露点
温度がチューブの温度より高い場合に発生するであろう
凝縮を起こさないように保つためのものである。
【００２０】図４を参照すれば、更に別のセンサユニッ
トとして、呼吸回路中に挿入することができる、例え
ば、呼吸用導管７（図１）に設けられている適当な開口
に挿し込むことができるような探針構造のものがある。
ミラー４３が設けられており、それにより、光ファイバ
ー１７および２７がともにサンプルセルの同じ側から導
出される。プラスチックの支持構造４６がミラー４３を
支持するように設けられている。この支持構造４６は、
測定される気体が放射の光路を通過しうるように複数の
穴４７を有している。例えば加熱コイル４５であるヒー
タが、センサユニットを凝縮が起きないように保つため
に必要とされる。疎水性かつ多孔性のワイヤメッシュあ
るいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の被覆
４８が、放射の光路から凝縮や液体の水を遠ざけておく
ために必要である。
トとして、呼吸回路中に挿入することができる、例え
ば、呼吸用導管７（図１）に設けられている適当な開口
に挿し込むことができるような探針構造のものがある。
ミラー４３が設けられており、それにより、光ファイバ
ー１７および２７がともにサンプルセルの同じ側から導
出される。プラスチックの支持構造４６がミラー４３を
支持するように設けられている。この支持構造４６は、
測定される気体が放射の光路を通過しうるように複数の
穴４７を有している。例えば加熱コイル４５であるヒー
タが、センサユニットを凝縮が起きないように保つため
に必要とされる。疎水性かつ多孔性のワイヤメッシュあ
るいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の被覆
４８が、放射の光路から凝縮や液体の水を遠ざけておく
ために必要である。
【００２１】検出器３５からの信号は、ランプ１３から
の放射の量が比較的一定であり続ける限り、サンプルセ
ルにおける水蒸気に吸収された赤外線の量に比例したも
のとなる。これが変化する場合の最も可能性の高い原因
は、光学系部品および表面の劣化および／あるいはラン
プの老朽化により起される信号の長期的な低下である。
この影響を軽減する一つの方法は、例えば光バッフル４
９の前面に装着したフォトダイオードに到達する光の量
を測定し、そして、全体的な輝度における変化を補償す
るか、あるいは、この点で信号を一定に保つようにラン
プの輝度を制御するかすることである。これは、放射の
光路が破壊（例えば光ファイバーがはずれたり、サンプ
ルセルが不透明となるなど）されたか否かを示すことに
もなる。
の放射の量が比較的一定であり続ける限り、サンプルセ
ルにおける水蒸気に吸収された赤外線の量に比例したも
のとなる。これが変化する場合の最も可能性の高い原因
は、光学系部品および表面の劣化および／あるいはラン
プの老朽化により起される信号の長期的な低下である。
この影響を軽減する一つの方法は、例えば光バッフル４
９の前面に装着したフォトダイオードに到達する光の量
を測定し、そして、全体的な輝度における変化を補償す
るか、あるいは、この点で信号を一定に保つようにラン
プの輝度を制御するかすることである。これは、放射の
光路が破壊（例えば光ファイバーがはずれたり、サンプ
ルセルが不透明となるなど）されたか否かを示すことに
もなる。
【００２２】
【発明の効果】以上の記述から、湿度センサが高い相対
湿度における使用に適したものであり、また、赤外線放
射検出器からの信号を受ける機器の容量に依存すること
ではあるが、非常に速い応答時間を有するものとして提
供されることが明らかである。この湿度センサは、必要
とする湿度のレベルが分っている人工呼吸器における空
気流の湿度を測定するために使用するのが理想的であ
る。光ファイバーケーブルを含む光導波管を用いて赤外
線を遠隔の測定回路に伝送しているので、重量とかさの
ある測定回路を呼吸用導管の内部に配置する必要がない
し、また、センサユニットを別の使い捨てユニットとし
て設けることもできる。更に、光導波管を用いて赤外線
を遠隔の放射線源から伝送することにより、放射源によ
り発生される熱（本発明の使用において望ましい放射線
周波数を発生するために必要とされる放射源にとっては
重要なものとなるが）がセンサに重大な影響を与えるこ
とがなくなる。
湿度における使用に適したものであり、また、赤外線放
射検出器からの信号を受ける機器の容量に依存すること
ではあるが、非常に速い応答時間を有するものとして提
供されることが明らかである。この湿度センサは、必要
とする湿度のレベルが分っている人工呼吸器における空
気流の湿度を測定するために使用するのが理想的であ
る。光ファイバーケーブルを含む光導波管を用いて赤外
線を遠隔の測定回路に伝送しているので、重量とかさの
ある測定回路を呼吸用導管の内部に配置する必要がない
し、また、センサユニットを別の使い捨てユニットとし
て設けることもできる。更に、光導波管を用いて赤外線
を遠隔の放射線源から伝送することにより、放射源によ
り発生される熱（本発明の使用において望ましい放射線
周波数を発生するために必要とされる放射源にとっては
重要なものとなるが）がセンサに重大な影響を与えるこ
とがなくなる。
【図１】加湿機器の全体を示す斜視図である。
【図２】本発明による湿度測定装置の一部を断面で示し
た概略構成図である。
た概略構成図である。
【図３】本発明による湿度測定装置の他の実施例の垂直
方向断面図である。
方向断面図である。
【図４】本発明による湿度測定装置の更に他の実施例の
垂直方向断面図である。
垂直方向断面図である。
１…加湿機器 ２…基体 ３…ヒータプレート ４…加湿室 ７…呼吸用導管 ９…加熱要素 １０…センサユニット １２…リモートベースユニット １３…タングステンハロゲンランプ １７，２７…光ファイバー １９，２５…ガラス微小球 ３０，３１…フィルタ ３２…チョッピングディスク ３５…赤外線検出器 ３８…ロックイン増幅器 ４１…サンプルセル ４３…ミラー ４５…加熱コイル ４７…穴 ４８…被覆 ５４…角形チューブ ５７…処理およびディスプレイ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー バーデン クラーク ニュージーランド国，オークランド，パン ムアー，カービン ロード 25，フィッシ ャー アンド ペイケル リミティド内
Claims (29)
- 【請求項１】 医療用の呼吸回路中を流れる気体あるい
は混合気体の湿度を測定するための装置において、 上記呼吸回路中の気体の湿度を検知するために上記呼吸
回路中に配設された湿度センサと、 選択された赤外線放射源と、 赤外線放射検出器であって、上記湿度センサが上記放射
源と該検出器との光学的に中間に位置するように配設さ
れたものと、 上記放射源および上記検出器を上記センサに光学的に結
合するために配設された光導波管とを備え、 上記検出器に入射する受光された赤外線放射が上記気体
の湿度の指示を与えることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 装置が呼吸回路中の加湿機器の一部とし
て配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 光導波管が光ファイバーケーブルからな
ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の
装置。 - 【請求項４】 光ファイバーケーブルは２つの光ファイ
バーを有しており、該ケーブル中の第１のファイバーは
放射源からの赤外線放射をセンサに伝送するためのもの
であり、また、該ケーブル中の第２のファイバーはセン
サからの赤外線放射を検出器に伝送するためのものであ
ることを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 検出器は第１のフィルタと、放射検知手
段とを含んでおり、 上記フィルタは選択された放射周波数スペクトラム中の
放射を通過させるように選択され、該周波数スペクトラ
ムは混合気体中の気体が上記放射検知手段に入射する残
余の放射の強さに実質的に影響を与えないが、上記セン
サによってサンプルされた気体中に存在する水蒸気が上
記放射検知手段に入射する残余の放射の強さを実質的に
減少させることとなるように選択されていることを特徴
とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置。 - 【請求項６】 検出器は更に第２のフィルタを含んでお
り、該第２のフィルタは、第１のフィルタのものに対応
する周波数スペクトラム中の放射が該第２のフィルタに
よって放射検知手段まで通過されないように、選択され
た周波数スペクトラム中の放射を通過させるように選択
されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 第１のフィルタあるいは第２のフィルタ
は、内部に該第１のフィルタあるいは第２のフィルタを
通過する放射を変化させ、検出器により受光される放射
について選択された強さが許容されるようにした摺動バ
ッフルを含んでいることを特徴とする請求項５あるいは
請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 光学的チョッパ手段を更に備えており、 上記チョッパ手段は第１のフィルタを通過した放射、次
いで第２のフィルタを通過した放射を、交互に予め定め
られたインターバルで、放射検出手段に入射させること
を特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の
装置。 - 【請求項９】 第１のフィルタを通って放射線検出器に
入射する放射と、第２のフィルタを通って該放射線検出
器に入射する放射とを比較し、センサによりサンプリン
グされた気体の湿度の指示を与えるための比較手段を更
に備えていることを特徴とする請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 検出器により与えられた湿度を表示す
るためのディスプレイ手段を更に備えていることを特徴
とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１１】 センサは、該センサ内あるいはその周
囲に液体の水が溜まるのを実質的に防ぐための防水手段
を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項１０
のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１２】 防水手段はセンサの周囲に設けられた
微多孔性の被覆を有していることを特徴とする請求項１
１に記載の装置。 - 【請求項１３】 防水手段はセンサ近接して設けられた
ヒータを有していることを特徴とする請求項１１あるい
は請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 センサは内部にミラーを有しており、
それにより、該センサに入った放射がサンプル気体を通
過し、該ミラーで反射され、該センサの壁中において該
放射が該センサ中に入った区域に近接した区域に戻って
くるようにされていることを特徴とする請求項１乃至請
求項１３のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１５】 サンプルセルは呼吸回路の移動する気
体流の中に挿入される探針として構成されていることを
特徴とする請求項１乃至請求項１４に記載の装置。 - 【請求項１６】 供給する気体あるいは混合気体の湿度
を測定するための装置を有する加湿機器であって、 上記装置は、 上記加湿機器の気体導管中に配設され、該気体導管中を
流れている気体をサンプリングするための湿度センサ
と、 選択された赤外線放射源と、 赤外線放射検出器であって、上記湿度センサが上記放射
源と該検出器との光学的に中間に位置するように配設さ
れたものと、 上記放射源および上記検出器を上記センサに光学的に結
合するために配設されている光導波管とを備え、 上記検出器に入射する受光された赤外線放射が上記気体
の湿度の指示を与えるようにされていることを特徴とす
る加湿機器。 - 【請求項１７】 光導波管は光ファイバーケーブルによ
り構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の
加湿機器。 - 【請求項１８】 光ファイバーケーブルは２つの光ファ
イバーを有しており、該ケーブル中の第１のファイバー
は放射源からの赤外線放射をセンサに伝送するためのも
のであり、また、該ケーブル中の第２のファイバーはセ
ンサからの赤外線放射を検出器に伝送するためのもので
あることを特徴とする請求項１７に記載の加湿機器。 - 【請求項１９】 検出器は第１のフィルタと、放射検知
手段とを含んでおり、 上記フィルタは選択された放射周波数スペクトラム中の
放射を通過させるように選択され、該周波数スペクトラ
ムは混合気体中の気体が上記放射検知手段に入射する残
余の放射の強さに実質的に影響を与えないが、上記セン
サによってサンプルされた気体中に存在する水蒸気が上
記放射検知手段に入射する残余の放射の強さを実質的に
減少させることとなるように選択されていることを特徴
とする請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の加
湿機器。 - 【請求項２０】 検出器は更に第２のフィルタを含んで
おり、該第２のフィルタは、第１のフィルタのものに対
応する周波数スペクトラム中の放射が該第２のフィルタ
によって放射検知手段まで通過されないように、選択さ
れた周波数スペクトラム中の放射を通過させるように選
択されていることを特徴とする請求項１９に記載の加湿
機器。 - 【請求項２１】 第１のフィルタあるいは第２のフィル
タは、内部に該第１のフィルタあるいは第２のフィルタ
を通過する放射を変化させ、検出器により受光される放
射について選択された強さが許容されるようにした摺動
バッフルを含んでいることを特徴とする請求項１９ある
いは請求項２０に記載の加湿機器。 - 【請求項２２】 光学的チョッパ手段を更に備えてお
り、 上記チョッパ手段は第１のフィルタを通過した放射、次
いで第２のフィルタを通過した放射を、交互に予め定め
られたインターバルで、放射検出手段に入射させること
を特徴とする請求項１９乃至請求項２１のいずれかに記
載の加湿機器。 - 【請求項２３】 第１のフィルタを通って放射線検出器
に入射する放射と、第２のフィルタを通って該放射線検
出器に入射する放射とを比較し、センサによりサンプリ
ングされた気体の湿度の指示を与えるための比較手段を
更に備えていることを特徴とする請求項２２に記載の加
湿機器。 - 【請求項２４】 検出器により与えられた湿度を表示す
るためのディスプレイ手段を更に備えていることを特徴
とする請求項１６乃至請求項２３のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項２５】 センサは、該センサ内あるいはその周
囲に液体の水が溜まるのを実質的に防ぐための防水手段
を有していることを特徴とする請求項１６乃至請求項２
４のいずれかに記載の加湿機器。 - 【請求項２６】 防水手段はセンサの周囲に設けられた
微多孔性の被覆を有していることを特徴とする請求項２
５に記載の加湿機器。 - 【請求項２７】 防水手段はセンサ近接して設けられた
ヒータを有していることを特徴とする請求項２５あるい
は請求項２６に記載の加湿機器。 - 【請求項２８】 センサは内部にミラーを有しており、
それにより、該センサに入った放射がサンプル気体を通
過し、該ミラーで反射され、該センサの壁中において該
放射が該センサ中に入った区域に近接した区域に戻って
くるようにされていることを特徴とする請求項１６乃至
請求項２７のいずれかに記載の加湿機器。 - 【請求項２９】 サンプルセルは呼吸回路の移動する気
体流の中に挿入される探針として構成されていることを
特徴とする請求項１６乃至請求項２８に記載の加湿機
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NZ240154 | 1991-10-08 | ||
| NZ24015491 | 1991-10-08 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JPH05209827A (ja) |
| AU (1) | AU2631692A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000304692A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-11-02 | Electric Power Res Inst Inc | ファイバオプチックプローブおよび水蒸気タービン中の水分の測定方法 |
| JP2008508958A (ja) * | 2004-08-10 | 2008-03-27 | レスメド リミテッド | 呼吸に適したガスのプロファイルされた供給形態での加湿のための方法及び装置 |
| JP2010012018A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Nissan Motor Co Ltd | 人体状態判定装置及び人体状態判定方法 |
| JP2016085058A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | アズビル株式会社 | 配管および乾き度測定装置 |
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| CH709493A2 (de) * | 2014-04-14 | 2015-10-15 | Fondarex Sa | Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen. |
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| US4907166A (en) * | 1986-10-17 | 1990-03-06 | Nellcor, Inc. | Multichannel gas analyzer and method of use |
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-
1992
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- 1992-10-08 AU AU26316/92A patent/AU2631692A/en not_active Abandoned
- 1992-10-08 JP JP4270386A patent/JPH05209827A/ja active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0536978A1 (en) | 1993-04-14 |
| AU2631692A (en) | 1993-04-22 |
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