JPH063443B2 - 呼気ガス分析器の特性補償装置 - Google Patents
呼気ガス分析器の特性補償装置Info
- Publication number
- JPH063443B2 JPH063443B2 JP62077100A JP7710087A JPH063443B2 JP H063443 B2 JPH063443 B2 JP H063443B2 JP 62077100 A JP62077100 A JP 62077100A JP 7710087 A JP7710087 A JP 7710087A JP H063443 B2 JPH063443 B2 JP H063443B2
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- Japan
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- gas
- gas meter
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- meter
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はインパルス状ガス濃度変化を用いて呼気ガス分
析用ガスメータの特性を補償するための呼気ガス分析器
の特性補償装置に係わる。
析用ガスメータの特性を補償するための呼気ガス分析器
の特性補償装置に係わる。
従来の技術 呼気ガス分析では、酸素ガス分析用ガスメータや炭酸ガ
ス分析用ガスメータ等が同時に使用される。この酸素ガ
ス分析用ガスメータとしてはジルコニア式やポーラログ
ラフ式等が，又炭酸ガス分析用ガスメータとしては主に
赤外線吸光式が、夫々使用されている 通常呼気ガス分析などに使用するガスメータは高速応答
と高い安定性が要求されており、それにはマススペクト
ロメータなどの高価な分析装置を用いるか又は安価なガ
スメータの特性を補償して用いていた。本発明では後者
の安価なガスメータの特性をディジタル信号処理の手法
により補償することにより従来の補償方法と比較してよ
り高い応答性、安定性をえようとするものである。
ス分析用ガスメータ等が同時に使用される。この酸素ガ
ス分析用ガスメータとしてはジルコニア式やポーラログ
ラフ式等が，又炭酸ガス分析用ガスメータとしては主に
赤外線吸光式が、夫々使用されている 通常呼気ガス分析などに使用するガスメータは高速応答
と高い安定性が要求されており、それにはマススペクト
ロメータなどの高価な分析装置を用いるか又は安価なガ
スメータの特性を補償して用いていた。本発明では後者
の安価なガスメータの特性をディジタル信号処理の手法
により補償することにより従来の補償方法と比較してよ
り高い応答性、安定性をえようとするものである。
発明が解決しようとする問題点 呼気ガス分析に用いるガスメータは第６図ｂに示すよう
に真のガス濃度変化に対して時間遅れ要素と時定数要素
があるためこれを補償する必要がある。
に真のガス濃度変化に対して時間遅れ要素と時定数要素
があるためこれを補償する必要がある。
従来はこの補償を行う方法としてガスメータに過渡的な
ガス濃度変化（それはステップ状の変化であり、第６図
ａのようであったが）を与えその応答波形（第６図ｂ）
より時間遅れをtd，時定数をtcとして補償を行なってい
た。しかし実際には時間遅れtdと時定数tcを完全に分離
してとらえることは不可能であり、又時定数要素も２次
遅れと近似するか３次遅れと近似するかあるいはもっと
高次の遅れと近似するのかという問題があり、完全な形
での補償とはならず近似的な補償となりがちであった。
そのためtcを自動的に求め補償を行なうことは困難であ
った。
ガス濃度変化（それはステップ状の変化であり、第６図
ａのようであったが）を与えその応答波形（第６図ｂ）
より時間遅れをtd，時定数をtcとして補償を行なってい
た。しかし実際には時間遅れtdと時定数tcを完全に分離
してとらえることは不可能であり、又時定数要素も２次
遅れと近似するか３次遅れと近似するかあるいはもっと
高次の遅れと近似するのかという問題があり、完全な形
での補償とはならず近似的な補償となりがちであった。
そのためtcを自動的に求め補償を行なうことは困難であ
った。
問題点を解決するための手段 そこで本発明人はガスメータの補償を時間遅れ要素と時
定数要素に分離して近似的に補正するのではなく、ガス
メータの特性そのものを求めそれを利用することにより
完全な補償を行なうことを考えた。原理としてはある線
形なシステム（ガスメータ）にインパルス信号を加えた
ときの出力応答をフーリエ変換したものは伝達関数と呼
ばれそのシステムの特性の全てを表現するものであると
いうことを利用し、ガスメータにインパルス状ガス濃度
変化を入力し、その出力応答をフーリエ変換したものを
その特性として記憶し実際の動作のときには記憶させて
おいた特性を用いてリアルタイムに補償を行うものであ
る。
定数要素に分離して近似的に補正するのではなく、ガス
メータの特性そのものを求めそれを利用することにより
完全な補償を行なうことを考えた。原理としてはある線
形なシステム（ガスメータ）にインパルス信号を加えた
ときの出力応答をフーリエ変換したものは伝達関数と呼
ばれそのシステムの特性の全てを表現するものであると
いうことを利用し、ガスメータにインパルス状ガス濃度
変化を入力し、その出力応答をフーリエ変換したものを
その特性として記憶し実際の動作のときには記憶させて
おいた特性を用いてリアルタイムに補償を行うものであ
る。
作用 このようにすることにより、本発明では低速応答のガス
メータを安定に高速応答化でき、補償のための校正操作
を完全に自動化でき従来の方式より補償精度がよいもの
がえられる。
メータを安定に高速応答化でき、補償のための校正操作
を完全に自動化でき従来の方式より補償精度がよいもの
がえられる。
実施例 本発明を図の具体的実施例に従って説明する。
第１図は本発明装置の実施例構成図，第２図は第１図に
おけるガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ
側面図，第３図はインパルス状ガス濃度の時間変化を示
す特性図である。
おけるガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ
側面図，第３図はインパルス状ガス濃度の時間変化を示
す特性図である。
例えば酸素濃度計を補償するものとし、図で１は高濃度
の酸素ガス，２は低濃度の酸素ガスを夫々封入した校正
用ガス管で、第３図のインパルス状ガス濃度変化をつく
るものとし、３，４は定圧バルブ又は定流量バルブ，５
はオーバーフローガス放出用３方向電磁弁，６はインパ
ルス状ガス発生用３方向電磁弁，７は第２図で詳細を示
すガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ，８
は被補償ガスメータ，９はＡ／Ｄ変換器，１０はディジ
タル信号処理装置である。又ガスメータサンプリングチ
ューブ接続用アダプタ７では７ａがサンプリングチュー
ブ接続用アダプタ本体，７ｂはオーバーフローガス排出
口，７ｃはガスメータのサンプリングチューブである。
次にガスメータの特性をうるための手順を示す。ディジ
タル信号処理装置１０（以下ＤＳＰと称す）はガスメー
タの特性をうるモードとえられた特性によりリアルタイ
ムにガスメータの特性を補償するモードとを有する。今
未知の特性を有するガスメータの補償を行なうことを考
える。まずガスメータの特性をうるためＤＳＰ１０をガ
スメータの特性をうるモード（校正モード）で動作させ
る。
の酸素ガス，２は低濃度の酸素ガスを夫々封入した校正
用ガス管で、第３図のインパルス状ガス濃度変化をつく
るものとし、３，４は定圧バルブ又は定流量バルブ，５
はオーバーフローガス放出用３方向電磁弁，６はインパ
ルス状ガス発生用３方向電磁弁，７は第２図で詳細を示
すガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ，８
は被補償ガスメータ，９はＡ／Ｄ変換器，１０はディジ
タル信号処理装置である。又ガスメータサンプリングチ
ューブ接続用アダプタ７では７ａがサンプリングチュー
ブ接続用アダプタ本体，７ｂはオーバーフローガス排出
口，７ｃはガスメータのサンプリングチューブである。
次にガスメータの特性をうるための手順を示す。ディジ
タル信号処理装置１０（以下ＤＳＰと称す）はガスメー
タの特性をうるモードとえられた特性によりリアルタイ
ムにガスメータの特性を補償するモードとを有する。今
未知の特性を有するガスメータの補償を行なうことを考
える。まずガスメータの特性をうるためＤＳＰ１０をガ
スメータの特性をうるモード（校正モード）で動作させ
る。
動作を開始したＤＳＰ１０は３方向電磁弁５，６を一瞬
の間開閉させることにより第３図に示すようなインパル
ス状のガス濃度変化を発生させる。この時バルブ３，４
は校正用ガス管１，２の圧力変化によりインパルス状の
ガス濃度が影響を受けないよう、常に一定量のガスを供
給するようコントロールするためのものである。又この
とき供給されるガスの量は３方向電磁弁６内のデッドス
ペースの影響をなくすだけの量であり、かつ（ガスメー
タのガスサンプル量）≦（供給されるガスの量）となる
ようにしている。又３方向電磁弁５，６は校正ガス管１
及び２を切り換えるためのもので、各相反する動作を行
う。つまりガスメータ８に与えるガスが校正用ガス管１
から流出している場合には３方向電磁弁５は校正用ガス
管２を大気に放出しており、校正用ガス管１のガスは遮
断される。逆に３方向電磁弁６は校正用ガス管１のガス
をガスメータ８に流し校正用ガス管２は遮断している。
これによりバルブ３，４に電磁弁切換えにより圧力が加
わりガスの量に変化を及ぼすことを防いでいる。つまり
定常状態においてはガスメータ８にはガス管２より低濃
度の校正ガスが一定量流れており、校正モードを開始す
ることによりガス管１の高濃度の校正ガスに切り換わる
が、切り換えた瞬間及びその後も切り換える前と流れる
ガスの量が変化しないようにしている。又逆に高濃度ガ
スから低濃度ガスに切り換えた時にもガスメータ８側に
流れるガスの量を変化させないようにし、常にガスメー
タサンプリングチューブ接続用アダプタ７を通過するガ
スの量には変化がないようにしている。そして発生させ
たインパルス状のガス濃度変化はガスメータサンプリン
グチューブ接続用アダプタ７を通してガスメータ８に与
えられる。又第２図のチューブ接続用アダプタ７ではガ
スメータサンプリングチューブ接続用アダプタ本体７ａ
にガスメータ８のサンプリングチューブ７ｃを挿入す
る。オーバーフローガス排出口７ｂはガスメータの種類
によってガスのサンプル量が違うため流しているガス量
がサンプル量より多くなることによりサンプリングチュ
ーブ内の圧力を上昇させるのを防ぐ目的で余分なガスを
外部に放出するために設けた排出口で、この排出口７ｂ
があるため余分なガスは大気中に排気されガスメータ８
のサンプルするガスの量は常に一定に保たれる。このよ
うな手順で発生させたインパルス状のガス濃度変化はガ
スメータ８に与えられ、その出力信号がＡ／Ｄ変換器９
によりディジタル信号に変換されＤＳＰ１０内にとりこ
まれる。とりこまれた信号はフーリエ変換された後ＤＳ
Ｐ１０内のメモリに記憶されガスメータの特性として保
存される。
の間開閉させることにより第３図に示すようなインパル
ス状のガス濃度変化を発生させる。この時バルブ３，４
は校正用ガス管１，２の圧力変化によりインパルス状の
ガス濃度が影響を受けないよう、常に一定量のガスを供
給するようコントロールするためのものである。又この
とき供給されるガスの量は３方向電磁弁６内のデッドス
ペースの影響をなくすだけの量であり、かつ（ガスメー
タのガスサンプル量）≦（供給されるガスの量）となる
ようにしている。又３方向電磁弁５，６は校正ガス管１
及び２を切り換えるためのもので、各相反する動作を行
う。つまりガスメータ８に与えるガスが校正用ガス管１
から流出している場合には３方向電磁弁５は校正用ガス
管２を大気に放出しており、校正用ガス管１のガスは遮
断される。逆に３方向電磁弁６は校正用ガス管１のガス
をガスメータ８に流し校正用ガス管２は遮断している。
これによりバルブ３，４に電磁弁切換えにより圧力が加
わりガスの量に変化を及ぼすことを防いでいる。つまり
定常状態においてはガスメータ８にはガス管２より低濃
度の校正ガスが一定量流れており、校正モードを開始す
ることによりガス管１の高濃度の校正ガスに切り換わる
が、切り換えた瞬間及びその後も切り換える前と流れる
ガスの量が変化しないようにしている。又逆に高濃度ガ
スから低濃度ガスに切り換えた時にもガスメータ８側に
流れるガスの量を変化させないようにし、常にガスメー
タサンプリングチューブ接続用アダプタ７を通過するガ
スの量には変化がないようにしている。そして発生させ
たインパルス状のガス濃度変化はガスメータサンプリン
グチューブ接続用アダプタ７を通してガスメータ８に与
えられる。又第２図のチューブ接続用アダプタ７ではガ
スメータサンプリングチューブ接続用アダプタ本体７ａ
にガスメータ８のサンプリングチューブ７ｃを挿入す
る。オーバーフローガス排出口７ｂはガスメータの種類
によってガスのサンプル量が違うため流しているガス量
がサンプル量より多くなることによりサンプリングチュ
ーブ内の圧力を上昇させるのを防ぐ目的で余分なガスを
外部に放出するために設けた排出口で、この排出口７ｂ
があるため余分なガスは大気中に排気されガスメータ８
のサンプルするガスの量は常に一定に保たれる。このよ
うな手順で発生させたインパルス状のガス濃度変化はガ
スメータ８に与えられ、その出力信号がＡ／Ｄ変換器９
によりディジタル信号に変換されＤＳＰ１０内にとりこ
まれる。とりこまれた信号はフーリエ変換された後ＤＳ
Ｐ１０内のメモリに記憶されガスメータの特性として保
存される。
以上のようにしてえられたガスメータの特性は次に述べ
る補償モードで使用される。即ちガスメータのサンプリ
ングチューブをガスメータサンプリングチューブ接続用
アダプタ７から取り外し分析現象環境にセットしＤＳＰ
１０を補償モードに切り換える。するとＤＳＰ１０はリ
アルタイムにガスメータの信号をＡ／Ｄ変換したものを
受けとり、フーリエ変換したのち先に保存しておいたガ
スメータの特性を用いて補償を行ない逆にフーリエ変換
を施して出力する。以上の補償操作を数式に示すと下式
のようになる。
る補償モードで使用される。即ちガスメータのサンプリ
ングチューブをガスメータサンプリングチューブ接続用
アダプタ７から取り外し分析現象環境にセットしＤＳＰ
１０を補償モードに切り換える。するとＤＳＰ１０はリ
アルタイムにガスメータの信号をＡ／Ｄ変換したものを
受けとり、フーリエ変換したのち先に保存しておいたガ
スメータの特性を用いて補償を行ない逆にフーリエ変換
を施して出力する。以上の補償操作を数式に示すと下式
のようになる。
ｙ(t)：補償後のガスメータ出力 Ｈ（ω）＝Ｆ 〔ｈ(t)〕 ｘ(t)：補償前のガスメー
タ出力 Ｘ（ω）＝Ｆ 〔ｘ(t)〕 ｈ(t)：ガスメータのインパルス状
ガスに対する出力 Ｈ（ω）：Ｄｓｐに記憶される Ｆ：フーリエ変換 ガスメータの特性 Ｆ-1：逆フーリエ変換 次に前記の補償を用いて補償を行った結果を第４図，第
５図に示す。第４図はガスメータにインパルス状のガス
を与えたときの出力波形図でＤＳＰ１０はこの出力応答
をフーリエ変換したものをガスメータの特性として記憶
している。第５図はガスメータに方形波状のガス濃度変
化を与えたときの応答曲線で、図ａはガスメータへ入力
されるガス濃度変化曲線，図ｂは図ａに対するガスメー
タの応答出力曲線，図ｃは図ｂを本発明により補償した
結果の出力波形である。図ｂと図ｃを比較すると図ｃは
遅れ時間，時定数共に補償されているのがわかる。尚第
４図，第５図ａ，ｂ，ｃはプリンタで打出したためガタ
ツキとなっているが実際の曲線はなめらかとなる。
タ出力 Ｘ（ω）＝Ｆ 〔ｘ(t)〕 ｈ(t)：ガスメータのインパルス状
ガスに対する出力 Ｈ（ω）：Ｄｓｐに記憶される Ｆ：フーリエ変換 ガスメータの特性 Ｆ-1：逆フーリエ変換 次に前記の補償を用いて補償を行った結果を第４図，第
５図に示す。第４図はガスメータにインパルス状のガス
を与えたときの出力波形図でＤＳＰ１０はこの出力応答
をフーリエ変換したものをガスメータの特性として記憶
している。第５図はガスメータに方形波状のガス濃度変
化を与えたときの応答曲線で、図ａはガスメータへ入力
されるガス濃度変化曲線，図ｂは図ａに対するガスメー
タの応答出力曲線，図ｃは図ｂを本発明により補償した
結果の出力波形である。図ｂと図ｃを比較すると図ｃは
遅れ時間，時定数共に補償されているのがわかる。尚第
４図，第５図ａ，ｂ，ｃはプリンタで打出したためガタ
ツキとなっているが実際の曲線はなめらかとなる。
本発明はインパルス状のガスを例えば圧力の変化に変更
すれば圧力センサのレスポンス補償を行うことが可能で
あり、動脈圧用カテーテルを含む圧力計の特性改善にも
応用することが可能である。このほか音，光，動力，磁
気，電気等各種のインペルス状の信号を用いることによ
り補償が可能となる。
すれば圧力センサのレスポンス補償を行うことが可能で
あり、動脈圧用カテーテルを含む圧力計の特性改善にも
応用することが可能である。このほか音，光，動力，磁
気，電気等各種のインペルス状の信号を用いることによ
り補償が可能となる。
発明の効果 このように本発明はインパルス状のガスを用いてガスメ
ータの特性を補償するため低速応答のガスメータを安定
に高速応答化でき、補償のための校正操作を完全に自動
化でき従来の方式より補償精度がよい。
ータの特性を補償するため低速応答のガスメータを安定
に高速応答化でき、補償のための校正操作を完全に自動
化でき従来の方式より補償精度がよい。
第１図は本発明装置の実施例構成図，第２図は第１図に
おけるガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ
側面図，第３図はインパルス状ガス濃度の時間変化を示
す特性図，第４図はガスメータにインパルス状のガスを
与えたときの出力波形図，第５図ａ，ｂ，ｃはガスメー
タに方形波状のガス濃度変化を与えたときの応答曲線
図，第６図は従来におけるガスメータのステップ応答図
である。 図で１，２は校正用ガス管，３，４は定圧バルブ，５，
６は３方向電磁弁，７はガスメータサンプリングチュー
ブ接続用アダプタ，８はガスメータ，９はＡ／Ｄ変換
器，１０はデジタル信号処理装置。
おけるガスメータサンプリングチューブ接続用アダプタ
側面図，第３図はインパルス状ガス濃度の時間変化を示
す特性図，第４図はガスメータにインパルス状のガスを
与えたときの出力波形図，第５図ａ，ｂ，ｃはガスメー
タに方形波状のガス濃度変化を与えたときの応答曲線
図，第６図は従来におけるガスメータのステップ応答図
である。 図で１，２は校正用ガス管，３，４は定圧バルブ，５，
６は３方向電磁弁，７はガスメータサンプリングチュー
ブ接続用アダプタ，８はガスメータ，９はＡ／Ｄ変換
器，１０はデジタル信号処理装置。
Claims (3)
- 【請求項１】呼気ガス分析用ガスメータにインパルス状
ガス濃度変化を入力し、その応答出力をフーリエ変換し
たものをその特性として記憶せしめておき、実際の動作
に際して記憶させておいた前記特性を用いてリアルタイ
ムに補償を行いうるようにしたことを特徴とする呼気ガ
ス分析器の特性補償装置。 - 【請求項２】インパルス状ガス濃度変化発生装置とイン
パルス状ガス濃度変化が与えられる呼気ガス分析用ガス
メータと、該呼気ガス分析用ガスメータ出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器とディジタル信号を処理し、メモリ
に記憶するディジタル信号処理装置とを備えることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の呼気ガス分析器の
特性補償装置。 - 【請求項３】ディジタル信号処理装置は呼気ガス分析用
ガスメータの特性をうるモードとえられた特性によりリ
アルタイムに該呼気ガス分析用ガスメータの特性を補償
するモードとを有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の呼気ガス分析器の特性補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077100A JPH063443B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 呼気ガス分析器の特性補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077100A JPH063443B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 呼気ガス分析器の特性補償装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241464A JPS63241464A (ja) | 1988-10-06 |
| JPH063443B2 true JPH063443B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=13624369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62077100A Expired - Fee Related JPH063443B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 呼気ガス分析器の特性補償装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063443B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6140404B2 (ja) * | 2012-07-13 | 2017-05-31 | ミナト医科学株式会社 | 呼気ガス分析装置の遅れ時間の校正 |
-
1987
- 1987-03-30 JP JP62077100A patent/JPH063443B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63241464A (ja) | 1988-10-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |