JPH0587956B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、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ユベツト装置によつて当
該ガス試料の成分濃度を測定するためにしばしば
用いられる。その際ビーム源は、時間発生器を介
して駆動されるパルス発生器に接続されており、
このパルス発生器によつてビーム源への供給電圧
がパルスクロツクに相応してオン・オフされる。
赤外線ビームパルスは測定キユベツトを透過し、
その際検出すべきガ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。
従つ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
ために適用される。それにより改善されたＳ／Ｎ
比が得られる（西独特許出願公開第3043332号公
報）。

しかし公知の回路装置では、測定信号の時間的
経過が測定キユ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つても定められる。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つて信号最大値と信号最
小値をそれぞれ、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い。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。というのは最大温度お
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
能な限り依存しないようにし、合わせて周囲条件
に影響されないようにし、迅速で容易に処理でき
る測定信号を受信器に送出することができるよう
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
ルス休止中は下側の温度目標値Tuになるよう制
御ユニツトにより電力供給を制御可能とし、２つ
の目標値間の切換えを、制御ユニツトの目標値入
力部に接続されたパルス発生器によりトリガ可能
とすることによつて解決される。

本発明の利点は実質的に次のとおりである。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、周囲温度およびビーム発生器
の固有特性に殆ど依存しない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、直ちに使用できる。

電力供給は開始時には、上側目標値によつて設
定された温度に急峻な立上り縁で達するような高
程度のものであつてよい。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。

ビームを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（平面レベ
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、ブリツ
ジ回路の測定分岐路に配設し、ブリツジ回路の基
準分岐路がパルススイツチにより制御される付加
抵抗を有し、ブリツジ回路の零分岐路が演算増幅
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
り制限され、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り回避
される。アクテイブな抵抗制御ブリツジにより供
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ツジ抵抗が高くなり、そ
の結果零分岐路中の電圧差が高まる。ブリツジ回
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ツジ平衡状態を惹
起するまで供給される。それによりビーム源の最
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
リツジ回路の零平衡状態がビーム加熱電力の下側
制御目標値Tuで達成されるまで低下する。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があれば良い。
それにより冷却の際に信号経過の十分に高い側縁
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Tu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ツチを介して、
ビーム源駆動のために必要な供給電圧に接続す
る。それにより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
の結果最大可能な短時間で、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
ススイツ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ブリツジ
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・デユーテイ比を適切に選択
することによつて、下側制御温度Tuおよび上側
制御温度Toでの安定したプラトーフエーズの持
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ツチを
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への加熱フエーズ中に過変調制御する
ため全動作電圧がブリツジ回路に印加され、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、ビーム発生器を上側温度制御値Toに保持す
るのに十分なブリツジ電圧に戻し制御される。ビ
ーム発生器の制御を行わない場合に過電流ないし
過電圧パルスによつ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依存
しない。上側制御値Toおよび下側制御値にTuに
達した後は、ビーム出力は一定で周囲温度に依存
しない。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ブ
リツジ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、ブリツジ電圧は自動的に、
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）を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（ｉ）
とSu（ｉ）がサンプリングされ加算され、２つの
和の差形成により変調測定信号Mwが生成され
る。

Mw＝１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ So（ｉ）−１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ Su（ｉ） ビーム源の安定した制御領域に急速に達成する
ことによつて、走査装置はどの信号、So（ｉ）な
いしSu（ｉ）、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が必要であり、
所定の差分閾値を下回つた際に、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
なプラトーフ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。従つて複数の測定サイクルＫにわたつて
平均された変調測定値が、 Mw，ｋ＝１／Ｋ_n 〓^m=1 Mw，ｍ 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いて詳細に説
明する。

第１図において、赤外線ビーム源１は温度依存
抵抗としてブリツジ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Rmに対
し、および相互接続された２つの可変抵抗Ｒ２，
Ｒ３と直列に接続された、基準分岐路の基準抵抗
Ｒ１に対して設けられている。零分岐路では、演
算増幅器２の反転入力側Ｅ１が前置抵抗Ｒ５を介
してビーム源１と測定抵抗Rm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Ｅ１
はRC素子Ｒ４，Ｃを介して接続されている。出
力側Ａにはベース抵抗Ｒ５を介してトランジスタ
スイツチＴ２のベース５が接続されている。トラ
ンジスタスイツチのコレクタ３はビーム源に、エ
ミツタは正の供給電圧に接続されている。エミツ
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に設けられた可変抵抗Ｒ３
は電界効果トランジスタＴ１に並列に接続されて
いる。電界効果トランジスタのベース８はパルス
発生器９に接続されている。ビーム源１は受信器
１０に対向しており、受信器はその前置増幅器１
１を介して走査装置１２および後続の評価−表示
ユニツト１３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。曲線経過ｋ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。ビーム出力はジグザグの矢印１４に
より示されている。下側温度制御値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t_u（ｉ）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によつて記録
検出され、評価ユニツト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（ｉ）とSo（ｉ）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
されればされる程、測定信号をより正確にバツク
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
い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い安定したビ
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する
線図である。

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としてブリツジ回
   路の測定分岐路に配設されており、該ブリツジ回
   路の基準分岐路がパルススイツチＴ１により付加
   接続可能な付加抵抗Ｒ３を有し、前記ブリツジ回
   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
   ツチ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ツチ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、 Mw＝１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ So（ｉ）−１／ｎ_o 〓ⁱ⁼¹ Su（ｉ） 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。