JPH06103259B2 - マルチ流体変調方式による流体分析装置における相互干渉低減方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マルチ流体変調方式（これは本発明者らの名
付けた名称である）という従来になかった特異な手法を
採用することによって、ただ１個の検出器を用いるだけ
でありながら、２つの（または２つの系に分流された）
サンプル流体を、同時にかつ連続的にしかも非常に精度
良く分析することができる、全く新規な流体分析装置に
おいて、より一層高い測定精度を得られるように、前記
２つのサンプル流体の間の相互干渉による測定誤差を低
減することができる使用方法を提供せんとしてなされて
ものである。

〔従来の技術〕

例えば、サンプル流体の一例である大気中に含まれる自
動車排気ガスや工場排気ガスなどの有害成分（NO_x,H
_yC_z、あるいは、CO_xなど）の濃度（ひいては量）を分析
するような場合に使用される流体分析装置としては、従
来から、ケミカルルミネッセンス検出器（CLD）を備え
た分析装置とか、フレームイオン検出器（FID）を備え
た分析装置とか、あるいは、コンデンサマイクロフォン
方式またはマイクロフロー方式等によるニューマティッ
ク型検出器やサーモパイルあるいは半導体等の固体検出
器を備えた非分散型赤外線分析装置（NDIR）など、各種
の検出器（センサー）を採用して成る流体分析装置が用
いられている。

ところで、前記のような流体分析を行うに際しては、例
えば、NOとNO₂、あるいは、メタン（CH₄）とメタン以外
のHC（NMHC）、あるいはまた、COとCO₂というように、
サンプル流体中の２つの成分濃度を同時にかつ連続的に
測定する必要があることが多いが、従来一般の流体分析
装置によってそれを実現するためには、どうしても２個
の検出器（センサー）が必要であった。

即ち、NOとNO₂とを同時に連続測定する場合には、サン
プル流体を２つの測定系に分流し、一方の系にはサンプ
ルガス中のNO濃度をそれ単独で測定するための第1NO検
出器を設け、他方の系にはサンプルガス中のNO₂をNOに
変換する処理を施して生成された処理流体中の全NO濃度
を測定するための第2NO検出器を設ける、というように
２個のNO検出器が必要であり（NO₂濃度は第2NO検出器に
よる全NO濃度検出値と第1NO検出器によるNO単独濃度検
出値との差として得られ、この手法は差量法と呼ばれ
る）、また、メタンとメタン以外のHC（NMHC）とを同時
連続測定する場合には、サンプル流体を２つの測定系に
分流し、一方の系にはサンプル流体中の全HC濃度（TH
C）を測定するための第1HC検出を設け、他方の系にはサ
ンプル流体中のメタン以外のHCを触媒燃焼させて除去す
る処理を施して生成された処理ガス中のメタン濃度を測
定するための第2HC検出器を設ける、というように２個
のHC検出器が必要であり（この場合も差量法を用いてお
り、NMHCは第1HC検出器によるTHC濃度検出値と第2HC検
出器によるメタン濃度検出値との差として得られる）、
また、サンプル流体中のCOとCO₂とを同時連続測定する
場合には、サンプル流体を２つの測定系に分流し、一方
の系にはCO検出器を設け他方の系にはCO₂検出器を設け
るというように、CO検出器とCO₂検出器の２個の異なる
検出器が必要である。

そして、上記のように同一サンプル流体を２つの系に分
流することにより、そのサンプル流体中の２つの成分の
同時連続分析を行う場合に限らず、２つの異なるサンプ
ル流体について夫々の中に含まれる特定成分の同時連続
分析を行おうとする場合にも、同様に２つの検出器（セ
ンサー）を必要とすることが明らかである。

しかしながら、上記したように、同一サンプル流体中の
２つの成分の同時連続分析、あるいは、２つの異なるサ
ンプル流体について夫々の中に含まれる特定成分の同時
連続分析を行うに際して、前記従来装置におけるように
２つの検出器を用いなければならないということは、 （ア）分析装置が大型化すると共に製造コストが高くつ
く、 という問題のみならず、 （イ）２つの検出器毎にゼロ・スパン調整などの調整を
必要とするので、測定に要する手間が大きく非常に面倒
である、 （ウ）各検出器の調整が十分で無く、２つの検出器の間
にゼロ調整誤差や感度差が存在する場合には、非常に大
きな測定誤差が生じることになる、といった種々の問題
を引き起こす。

そこで、このような問題を避けるために、ただ１個の検
出器を備えた分析装置を用いて、同一サンプル流体中の
２つの成分を交互に測定するとか、あるいは、２つの異
なるサンプル流体を交互に測定するという、言わばバッ
チ的な分析方法によることも考えられるが、その場合に
は、同時連続測定を行えないために、測定データが不連
続になってしまうという欠点があり、特に、前述した差
量法を用いた分析を行う場合には、測定精度の大きな劣
化を招く虞れがある。従って、単に検出器の個数を節約
するためにのみ、このようなバッチ的分析方法を採用す
ることは、流体分析の本来の目的を大きく犠牲にするこ
とになりかねず、得策とは言えない。

そこで、かかる従来実情に鑑みて、本発明者らは、鋭意
研究の結果、マルチ流体変調方式という画期的な手法を
採用することによって、ただ１個の検出器を用いるだけ
でありながら、複数の（または複数の系に分流された）
サンプル流体を、同時にかつ連続的に分析することがで
きる、全く新規な流体分析方法ならびに流体分析装置を
開発するに至り、その基本的概念については、昭和62年
12月11日付け出願の特許願および昭和62年12月12日付け
出願の特許願等の先願により、既に提案しているところ
である。

即ち、そのマルチ流体変調方式による流体分析装置（方
法については、この装置において適用されている）と
は、第９図に示す基本的概念図および第10図に示す要部
具体的構成図に示すところから明らかなように、 複数（この例では２つ）のサンプル流体S1,S2（これら
は、もともと異なるものでも、あるいは、単一のサンプ
ル流体を２つの系に分流したものでもよい）を、夫々、
比較流体R1,R2により互いに異なる周波数F1,F2（ヘル
ツ）で流体変調するための流体変調手段V1,V2と、 ただ一個の検出器Ｄを有すると共に、前記流体変調され
た各サンプル流体S1,S2が同時にかつ連続的に供給され
る分析部Ａと、 前記分析部Ａにおける前記検出器Ｄからの出力信号Ｏ
を、適宜周波数分離手段および信号整流・平滑手段（第
10図においては概念的に示している）を用いて、前記各
サンプル流体S1,S2に対する各変調周波数F1,F2の信号成
分O1,O2に分離して夫々整流および平滑化処理すること
により、前記各サンプル流体S1,S2に関する分析値を得
るための信号処理手段Ｂとから成り、 更に、前記信号処理手段Ｂを構成するに、第10図に具体
的に示しているように、 前記検出器Ｄからの出力信号Ｏから、前記各変調周波数
F1,F2付近の帯域の信号のみ夫々を通過させる２つのバ
ンドパスフィルターa1,a2を互いに並列的に設けると共
に、 前記各バンドパスフィルターa1（a2）の後段に、その通
過帯域周波数F1（F2）に対応する流体変調手段V1（V2）
による実際の流体変調動作に同期して、そのバンドパス
フィルターa1（a2）からの出力信号を検波整流する同期
検波整流器b1（b2）を設け、かつ、 前記各同期検波整流器b1（b2）の後段に、それからの出
力信号を平滑化するための平滑素子c1（c2）を設けてあ
る、 という特徴を備えているものである。

つまり、かかる構成を有するマルチ流体変調方式による
流体分析装置においては、例えばロータリーバルブとか
３方切換電磁弁あるいは４方切換電磁弁などで構成され
る適宜流体変調手段V1,V2を用いて、比較流体R1,R2によ
り互いに異なる周波数F1,F2で夫々流体変調した２つの
（または２つの系に分流された）サンプル流体S1,S2
を、ただ一個の検出器Ｄを有する分析部Ａへ、同時にか
つ連続的に供給することにより、先ず、そのただ一個の
検出器Ｄから、全てのサンプル流体S1,S2に対応する個
々の測定信号成分（O1,O2）が一括的に重畳されたひと
つの測定信号Ｏ（＝O1＋O2）を得る、という従来常識で
は全く考えられなかった特異な手法を採用すると共に、
次に、前記ただ一個の検出器Ｄからの出力信号Ｏを、例
えば、第10図に例示しているように適宜周波数分離手段
と信号整流・平滑手段とを組み合わせて構成された信号
処理手段Ｂを用いることにより、前記各サンプル流体S
1,S2に対する各変調周波数F1,F2の信号成分O1,O2に分離
して夫々整流および平滑化処理するという信号処理を行
うことにより、前記各サンプル流体S1,S2に関する分析
値を得るようにしてあるから、たとえ、同一サンプル流
体中の２つの成分の同時連続分析、あるいは、２つの異
なるサンプル流体について夫々の中に含まれる特定成分
の同時連続分析を行うに際しても、ただ１個の検出器
（センサー）を設けるだけで済み、従って、２つの検出
器を必要としていた従来一般の流体分析装置の場合に比
べて、装置全体の小型化および簡素化ならびにコスト低
減を容易に図れると共に、検出器の調整を容易かつ短時
間に行え、かつ、従来のように複数の検出器間のゼロ調
整誤差や感度差は生じ得ないことから、常に良好な測定
精度を確保できるという基本的に優れた利点を有してい
る。

しかも、前記信号処理手段Ｂとしては、例えばフーリエ
解析（周波数分離処理に相当する）および絶対値平均化
処理（整流・平滑化処理に相当する）などの数値解析の
演算処理が可能なコンピューターを用いるとか、あるい
は、ロックインアンプなどの電気回路を用いるというよ
うに、種々のソフトあるいはハードによる適宜手段を構
成することが可能であるが、上記流体分析装置において
は、特に、バンドパスフィルターa1（a2）と、同期検波
整流器b1（b2）と、例えばローパスフィルターやコンデ
ンサーで構成される平滑素子c1（c2）とを直列接続して
成る信号処理系列を２系列並列に設けた構成としてある
ため、前記のようなコンピューターあるいはロックイン
アンプを用いる手段に比べて、非常に簡単でかつ安価に
構成できるのみならず、バンドパスフィルターa1（a2）
のみでは不十分である虞れがある周波数分離作用を同期
検波整流器b1（b2）により補足してより一層精度の良い
周波数分離を行えるように構成してあるから、例えば、
ただ単にバンドパスフィルターのみで周波数分離した後
で直ちに絶対値整流するだけの構成のものに比べて、格
段に優れた信号処理性能（S/N比）を得ることができる
という利点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したように種々の有用な利点を備え
ているマルチ流体変調方式による流体分析装置において
も、なお次のような問題が残存している。

即ち、前記第10図を用いて説明したように、前記信号処
理手段Ｂにおいては、検出器Ｄから入力される測定信号
Ｏを、先ず、バンドパスフィルターa1,a2によって、両
サンプル流体S1,S2に対応する個々の測定信号成分O1
（周波数F1）,O2（周波数F2）に分離するのであるが、
それら両流体変調周波数F1,F2を十分に大きく異なるも
のに設定するとか、あるいは、両バンドパスフィルター
a1,a2として相当に鋭い周波数カット特性を有する高級
なものを用いる、となどといった実用上非常に困難な対
策を講じない限り、それらにより確実な周波数分離結果
を得ることはできず、従って、各バンドパスフィルター
a1（a2）を通過した信号には、本来の周波数F1（F2）の
信号O1以外に、どうしても他方の流体変調周波数F2（F
1）のノイズ成分が混入してしまう、という相互干渉影
響が生じることになる。

このように、各バンドパスフィルターa1（a2）を通過し
た信号の中に、相互干渉影響による他方の流体変調周波
数F2（F1）のノイズ成分が混入していると、下記のよう
な不都合が生じる。

つまり、前記両流体変調周波数F1,F2は、通常、任意に
設定され得るものであるが、その場合には、一般に、そ
の信号が同期検波整流器b1（b2）によって同期検波整流
された後においても、前記干渉ノイズ成分に対応した信
号が、測定誤差要因として残存してしまうことになる
（つまり、その平滑値が０にならない）。

また、上記のような問題は、相互干渉影響によるノイズ
成分に限らず、例えば、前記流体変調手段V1（V2）の機
械的デューティのずれ等の他の要因に起因する他の系の
周波数F2（F1）のノイズ成分が混入している場合にも同
様に生じるものである。

そこで、このような問題を解決する糸口を見出すため
に、本発明者らは、上記のしたような「一方の周波数信
号を測定信号とする系における他方の周波数信号の干渉
ノイズ成分等に起因する測定誤差」について、種々の実
験的および理論的考察を試みた結果、例えば、一方の流
体変調周波数F1を1Hz,他方の流体変調周波数F2を3Hzと
した場合の例を示した第11図（イ），（ロ）から容易に
理解されるように、 『上記のような基本構成を有するマルチ流体変調方式に
よる流体分析装置においては、低い方の周波数信号を測
定信号とする系において非常に大きく現れるが、高い方
の周波数信号を測定信号とする系においてはそれほど大
きくは現れない（つまり、高い方の周波数信号は測定信
号とする系側から低い方の周波数信号を測定信号とする
系側への干渉は非常に大きいが、逆に、低い方の周波数
信号を測定信号とする系側から高い方への周波数信号を
測定信号とする系側への干渉はそれほど大きくない）』 という事実を確認した。

本発明は、かかる実情ならびに考察結果に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、前述したような種々の利
点を有するところの、先願に係るマルチ流体変調方式に
よる流体分析装置には、例えば、両流体変調周波数を十
分に大きく異なるものに設定したり、あるいは、信号処
理手段における両バンドパスフィルターとして鋭い周波
数カット特性を有する高級なものを用いる、といった実
用上困難な改変を何らを加える必要の無い、極く簡単に
実施できる実用的手法をもって、上記したような一方の
周波数信号を測定信号とする系における他方の周波数信
号の干渉ノイズ成分等に起因する測定誤差を確実に低減
させられるようにせんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるマルチ流体変
調方式による流体分析装置における相互干渉低減方法
は、第１図に示す基本的概念図（クレーム対応図）から
明らかなように、 ２つの（また２つの系に分流された）サンプル流体S1,S
2を、夫々、比較流体、R1,R2により互いに異なる周波数
F1,F2（ヘルツ）で流体変調するための流体変調手段V1,
V2と、 ただ一個の検出器Ｄを有すると共に、前記流体変調され
た各サンプル流体S1,S2が同時にかつ連続的に供給され
る分析部Ａと、 前記分析部Ａにおける前記検出器Ｄからの出力信号を、
前記各サンプル流体S1,S2に対する各変調周波数F1,F2の
信号成分O1,O2に分離して夫々整流および平滑化処理す
ることにより、前記各サンプル流体S1,S2に関する分析
値を得るために、前記検出器Ｄからの出力信号Ｏから、
前記各変調周波数F1,F2付近の帯域の信号のみを夫々通
過させる２つのバンドパスフィルターa1,a2を互いに並
列的に設けると共に、前記各バンドパスフィルターa1
（a2）の後段に、その通過帯域周波数F1（F2）に対応す
る流体変調手段V1（V2）による実際の流体変調動作に同
期して、そのバンドパスフィルターa1（a2）からの出力
信号を検波整流する同期検波整流器b1（b2）を設け、か
つ、前記各同期検波整流器b1（b2）の後段に、それから
の出力信号を平滑化するための平滑素子c1（c2）を設け
て成る信号分析手段Ｂとから構成してあるマルチ流体変
調方式による流体分析装置において、 前記両流体変調手段V1,V2のうちの高い変調周波数の流
体変調手段（V2）の方へ、前記両サンプル流体S1,S2の
うちの低濃度（または濃度変化の小さい）方の流体サン
プル（S2）を供給するようにする、 という手法を採用した点に特徴がある。

〔作用〕

上記特徴のある手法を採用したことにより発揮される作
用は下記の通りである。

即ち、本発明方法は、先に、第11図（イ），（ロ）を参
照しながら説明したように、 『上記のような基本構成を有するマルチ流体変調方式に
よる流体分析装置においては、高い方の周波数信号を測
定信号とする系側から低い方の周波数信号を測定信号と
する系側への干渉は非常に大きいが、逆に、低い方の周
波数信号を測定信号とする系側から高い方の周波数信号
を測定信号とする系側への干渉はそれほど大きくない』 と事実を巧みに利用するものであり、両サンプル流体S
1,S2のうち、どちらか一方（S2）が低濃度であるか、あ
るいは、濃度変化が小さいということが予め判っている
場合、例えば、大気中のノンメタン（NMHC）濃度を差量
法で測定する場合のように、一方の測定対象であるメタ
ン単独濃度の方が、他方の測定対象である全HC濃度（TH
C）よりも、明らかに低濃度である（これは濃度変化も
非常に小さい）ということが判っているような場合にお
いて、その低濃度（または濃度変化の小さい）方の流体
サンプル（S2）を、上記のように他方の測定系に対する
干渉影響が大きいという不利な特性を有しているところ
の、高い変調周波数の系における流体変調手段（V2）の
方へ供給し、他方の高濃度（または濃度変化の大きい）
方のサンプル流体（S1）は、他方の測定系に対する干渉
影響がそれほど大きくないという有利な特性を有してい
るところの、低い変調周波数の系における流体変調手段
（V2）の方へ供給する、という極く簡単に実施できる実
用的手法を採用するだけで、例えば、両流体変調周波数
を十分に大きく異なるものに設定するとか、あるいは、
信号処理手段における両バンドパスフィルターとして鋭
い周波数カット特性を有する高級なものを用いる、とい
った実用上困難な改変を何らを加える必要無く、前述し
たような一方の周波数信号を測定信号とする系における
他方の周波数信号の干渉ノイズ成分に起因する測定誤差
を確実に低減させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係るマルチ流体変調方式による流体分析
装置における相互干渉低減方法の具体的実施例を図面
（第２図ないし第８図）に基いて説明する。

第２図は、本発明方法を適用した第１実施例に係るマル
チ流体変調方式による流体分析装置の全体概略構成を示
し、これは、例えば大気中や生産設備からの排気流体な
どのサンプル流体中に含まれるNO_xあるいはH_yC_zなどの
濃度を分析するような場合に用いられる。

同第２図に示しているように、２つのサンプル流体S1,S
2（これは、もともと異なるものであっても、あるい
は、後で詳述するように単一のサンプル流体を２つの系
に分流したものであってもよい）を、夫々、流体変調手
段V1,V2を用いて、比較流体R1,R2（一般にはゼロガスが
使用される）により、互いに異なる周波数F1,F2（ヘル
ツ）で流体変調した（つまり、サンプル流体と比較流体
とを所定の周波数で交互に通過させた）後、それら流体
変調された各サンプル流体S1,S2（R1,R2）を、ただ一個
の検出器Ｄ（センサー）を有する分析部Ａへ、同時にか
つ連続的に供給するように構成してある。

なお、前記両流体変調手段V1,V2は、それらによる流体
変調周波数F1,F2の比が1:2になるように、つまり、一方
の変調周波数F1を1Hz（小）に、他方の変調周波数F2を2
Hz（大）になるように設定してある。

ところで、この実施例の場合には、前記分析部Ａにおけ
る検出器Ｄとしては、一般に、NO検出用のケミカルルミ
ネッセンス検出器（CLD）、あるいは、炭化水素HC検出
用のフレームイオン検出器（FID）などのように、サン
プル流体が直接通過するタイプのものが用いられるた
め、前記流体変調された両サンプル流体S1,S2は、混合
状態で前記検出器Ｄへ供給される。

従って、プリアンプ２を介して前記検出器Ｄから出力さ
れる信号Ｏは、図中模式的に示しているように、両サン
プル流体S1,S2に対応する個々の測定信号成分（O1,O2）
が一括的に重畳されたひとつの測定信号（Ｏ＝O1＋O2）
として得られることになる。

そこで、前記検出器Ｄからの出力信号Ｏを、第２図にお
いては概念的に例示しているように、周波数分離回路３
と信号整流回路４とを組み合わせて構成された電気回路
から成る信号処理手段Ｂを用いて、前記各サンプル流体
S1,S2に対する各変調周波数F1（1Hz）,F2（2Hz）の信号
成分O1,O2に分離して夫々整流処理するという信号処理
を行うことにより、前記各サンプル流体S1,S2に関する
分析値を得るようにしてある。

而して、前記信号処理手段Ｂの具体的な回路構成は第３
図に示すようなものとされている。

即ち、前記プリアンプ２を介して検出器Ｄから出力され
た信号Ｏを、互いに並列に設けられた複数の信号処理系
列（この例では２系列）に分岐し、一方の信号処理系列
には、サンプル流体S1に対する変調周波数（1Hz）の信
号O1のみを検波して取り出す（通過させる）ためのバン
ドパスフィルターa1を設けると共に、その後段に、サン
プル流体S1に対する流体変調手段V1に付設された同期信
号発生器1aからの同期信号（流体変調手段V1による実際
の流体変調動作を表す信号:F1＝1Hz）により、前記バン
ドパスフィルターa1のみでは不十分である虞れがある周
波数分離作用を補足してより一層精度の良い周波数分離
を行えると同時に、分離された交流を直流に変換できる
ように、前記バンドパスフィルターa1からの出力信号O1
を同期整流するための同期検波整流器b1を設け、更に、
その後段に、前記同期検波整流器b1からの出力信号を平
滑化すると共に高周波ノイズを除去するための平滑素子
c1としてのローパスフィルター（L.P.F）を設け、ま
た、他方の信号処理系列には、サンプル流体S2に対する
変調周波数（2Hz）の信号O2のみを検波して取り出す
（通過させる）ためのバンドパスフィルターa2を設ける
と共に、その後段に、サンプル流体S2に対する流体変調
手段V2に付設された同期信号発生器1bからの同期信号
（流体変調手段V2による実際の流体変調動作を表す信
号:F2＝2Hz）により、前記バンドパスフィルターa2のみ
では不十分である虞れがある周波数分離作用を補足して
より一層精度の良い周波数分離を行えると同時に、分離
された交流を直流に変換できるように、前記バンドパス
フィルターa2からの出力信号O2を同期整流するための同
期検波整流器b2を設け、更に、その後段に、前記同期検
波整流器b2からの出力信号を平滑化すると共に高周波ノ
イズを除去するための平滑素子c2としてのローパスフィ
ルター（L.P.F）を設けたものである。

さて、上記のように構成されたマルチ流体変調方式によ
る流体分析装置を用いて、例えば、大気中のノンメタン
（NMHC）濃度を差量方で測定する場合のように、一方の
測定対象であるメタン単独濃度の方が、他方の測定対象
である全HC濃度（THC）よりも、明らかに低濃度てある
（または濃度変化が非常に小さい）ことが判っているよ
うな場合において、そのメタン単独濃度を測定するため
のサンプル流体、つまり、低濃度（または濃度変化が小
さい）方のサンプル流体（図示の例ではS2）を、前記両
流体変調手段V1,V2のうちの高い変調周波数の流体変調
手段（図示の例ではV2）の方へ、供給するようにすれ
ば、先に〔作用〕の欄で詳細に説明したところから明ら
かなように、一方の周波数信号を測定信号とする系にお
ける他方の周波数信号の干渉ノイズ成分に起因する測定
誤差を確実にかつ容易に低減させることができる。

更に、本実施例においては、一方（低い方）の流体変調
周波数F1を1Hzに、他方（高い方）の流体変調周波数F2
をその偶数倍（２倍）の2Hzに設定しているから、次の
ような利点もある。

即ち、第４図（イ）に示すように、低い方の周波数信号
（1Hz）を測定信号とする系におけるバンドパスフィル
ターa1を通過した信号の中に、本来の信号O1（1Hz）以
外に、高い方の流体変調周波数（2Hz）の干渉ノイズ成
分が混入していたとしても、その信号を同期検波整流器
b1により同期検波整流すれば、前記ノイズ成分（2Hz）
は、その後における平滑素子c1による平滑値がプラス／
マイナス相殺されて０になる形に同期検波整流されるこ
とになり、従って、平滑素子c1からは、本来の信号O1
（1Hz）のみに対応する正しい測定信号が得られること
になる。また、上記とは逆に、高い方の周波数信号（2H
z）を測定信号とする系においても、低い方の周波数信
号（1Hz）の干渉ノイズ成分が同様にその平滑値がプラ
ス／マイナス相殺されて０になり、やはり、測定誤差の
無い正しい測定信号が得られることが、第４図（ロ）か
ら容易に理解されよう。

第５図は、本発明方法を適用した第２実施例に係るマル
チ流体変調方式による流体分析装置の要部概略構成を示
し、これは、例えば大気中や生産設備からの排気流体な
どのサンプル流体中に含まれるCO_xなどの濃度を分析す
るような場合に用いられる。

この場合には、装置の分析部Ａは、一般に、非分散型赤
外線分析計（NDIR）で構成され、従って、検出器Ｄ（セ
ンサー）としては、コンデンサマイクロフォン方式ある
いはマイクロフロー方式等によるニューマティック型検
出器やサーモパイルあるいは半導体等の固体検出器など
のようにサンプル流体が直接通過しないタイプのものが
用いられる。ただし、この図に示すように、分析部Ａ
を、ただ一個のセルＣを用いた所謂シングルセルタイプ
のNDIRで構成する場合には、やはり、上記第１実施例の
場合と同様に、流体変調された両サンプル流体S1,S2（R
1,R2）は、混合状態で前記セルＣへ供給され、そのセル
Ｃを通過する測定用赤外線の吸光度が検出器Ｄにより測
定される。

なお、この実施例におけるその他の構成等については、
上記第１実施例のものと同様であるから、同じ機能を有
する部材には同じ参照符号を付することにより、その説
明は省略する。

第６図は、本発明方法を適用した第３実施例に係るマル
チ流体変調方式による流体分析装置の要部概略構成を示
し、これも、CO_xなどの濃度を分析するような場合に用
いられる。

この場合には、分析部Ａを、２個のセルC1,C2を有する
所謂ダブルセルタイプの非分散型赤外線分析計（NDIR）
で構成してあるから、流体変調された両サンプル流体S
1,S2（R1,R2）は、互いに混合されること無く、各別の
セルC1,C2内へ供給されることになるが、それら両セルC
1,C2を通過した各測定用赤外線の吸光度は、１個の検出
器Ｄにより同時に測定される。なお、図示はしていない
が、前記２個セルC1,C2には、例えば、その一方にCO測
定用のソリッドフィルターが、そして、他方にCO₂測定
用のソリッドフィルターが、夫々、付設されている。

また、この実施例におけるその他の構成等については、
前記第１実施例および第２実施例のものと同様であるか
ら、同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付するこ
とにより、その説明は省略する。

ところで、前記２つのサンプル流体S1,S2は、例えば２
つの排気流路から各別に導いてくる場合のように、もと
もと異なるものであってもよいし、あるいは、第７図に
例示するように、単一のサンプル流体S0を２つの系に分
流したものであってもよい。これは、一般に、同一サン
プル流体S0中のCOとCO₂とか、NOとNO₂とか、メタンとメ
タン以外のHC（NMHC）とを同時連続測定する場合などに
適用されるが、その場合には、図示しているように、少
なくとも一方の系に、NO₂をNOに変換するための、ある
いは、COをCO₂に変換するためコンバータ５とか、図示
はしていないが、ノンメタン除去装置、あるいは、所要
のフィルターなどが設けられるのが普通である。なお、
この第７図に例示しいてるように、前記比較流体R1,R2
についても、共通のものR0（例えばゼロガス）を用い得
るように構成してもよい。

また、前記各流体変調手段V1,V2は、サンプル流体S1（S
2）と比較流体R1（R2）とを所定の周波数で交互に切り
換え得るものでありさえすれば、その構成は任意であ
り、例えば、第８図（イ）に示すようなロータリーバル
ブで構成してもよく、あるいは、第８図（ロ）に示すよ
うな４方切換電磁弁で構成してもよく、また、図示はし
ていないが、３方切換電磁弁を用いて構成しても差し支
え無い。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
マルチ流体変調方式による流体分析装置における相互干
渉低減方法によれば、他方の測定系に対する干渉影響が
大きいという不都合な特性を有しているところの、高い
変調周波数の系における流体変調手段の方へは、低濃度
（または濃度変化の小さい）方のサンプル流体を供給
し、他方の測定系に対する干渉影響がそれほど大きくな
いという有利な特性を有しているところの、低い変調周
波数の系における流体変調手段の方へは、高濃度（また
は濃度変化の大きい）方のサンプル流体を供給する、と
いう極く簡単に実施できる実用的手法を採用したことに
より、一方の周波数信号を測定信号とする系における他
方の周波数信号の干渉ノイズ成分に起因する測定誤差を
確実に低減させることができる、という優れた効果が発
揮されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るマルチ流体変調方式による流体
分析装置における相互干渉低減方法の基本的概念図（ク
レーム対応図）を示している。 また、第２図ないし第８図は本発明方法の各種具体的実
施例を示し、第２図は本発明方法を適用した第１実施例
に係るマルチ流体変調方式による流体分析装置の全体概
略構成図、第３図はその要部具体的回路構成図であり、
第４図（イ），（ロ）は夫々その作用の説明図であり、
第５図は本発明方法を適用した第２実施例に係るマルチ
流体変調方式による流体分析装置の要部概略構成図であ
り、第６図は本発明方法を適用した第３実施例に係るマ
ルチ流体変調方式による流体分析装置の要部概略構成図
であり、第７図は上記各実施例に対する補足説明のため
の要部概略構成図であり、第８図（イ），（ロ）は夫々
上記各実施例に対する別の補足説明のための要部概略構
成図である。 更に、第９図ないし第11図は、本発明の技術的背景なら
びに先行技術における問題点を説明するためのものであ
って、第９図および第10図は、先行技術にかかるマルチ
流体変調方式による流体分析装置の基本的概念、およ
び、その要部の具体的構成の説明図を示し、そして、第
11図（イ），（ロ）は夫々その問題点の説明図を示して
いる。 S1,S2:サンプル流体、 R1,R2:比較流体、 F1,F2:流体変調周波数、 V1,V2:流体変調手段、 A:分析部、 D:検出器、 B:信号処理手段、 O:検出器Ｄからの出力信号、 O1,O2:各サンプル流体S1,S2に対する各変調周波数F1,F2
の信号成分、 a1,a2:バンドパスフィルター b1,b2:同期検波整流器、 c1,c2:ローパスフィルター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 一朗 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 三笠 元 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの（また２つの系に分流された）サン
   プル流体を、夫々、比較流体により互いに異なる周波数
   で流体変調するための流体変調手段と、 ただ一個の検出器を有すると共に、前記流体変調された
   各サンプル流体が同時にかつ連続的に供給される分析部
   と、 前記分析部における前記検出器からの出力信号を、前記
   各サンプル流体に対する各変調周波数の信号成分に分離
   して夫々整流および平滑化処理することにより、前記各
   サンプル流体に関する分析値を得るために、前記検出器
   からの出力信号から、前記各変調周波数付近の帯域の信
   号のみを夫々通過させる２つのバンドパスフィルターを
   互いに並列的に設けると共に、前記各バンドパスフィル
   ターの後段に、その通過帯域周波数に対応する流体変調
   手段による実際の流体変調動作に同期して、そのバンド
   パスフィルターからの出力信号を検波整流する同期検波
   整流器を設け、かつ、前記各同期検波整流器の後段に、
   それからの出力信号を平滑化するための平滑素子を設け
   て成る信号分析手段とから構成してあるマルチ流体変調
   方式による流体分析装置において、 前記両流体変調手段のうちの高い変調周波数の流体変調
   手段の方へ、前記両サンプル流体のうちの低濃度（また
   は濃度変化の小さい）方の流体サンプルを供給するよう
   にする、 ことを特徴とするマルチ流体変調方式による流体分析装
   置における相互干渉低減方法。