JPH079398B2 - Fluid analysis device by multi-fluid modulation method - Google Patents

Fluid analysis device by multi-fluid modulation method

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JPH079398B2
JPH079398B2 JP62315047A JP31504787A JPH079398B2 JP H079398 B2 JPH079398 B2 JP H079398B2 JP 62315047 A JP62315047 A JP 62315047A JP 31504787 A JP31504787 A JP 31504787A JP H079398 B2 JPH079398 B2 JP H079398B2
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sample
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信隆 木原
一朗 浅野
元 三笠
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Horiba Ltd
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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、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、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装置を提供せんとしてなされた
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention adopts a unique non-conventional method called a multi-fluid modulation method (this is the name named by the present inventors). Multiple (or shunted to multiple systems) while using only one detector
The purpose of the present invention is to provide a completely new fluid analysis device capable of simultaneously and continuously analyzing a sample fluid.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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(NOx,HyC
z、あるいは、COx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。
For example, harmful components such as automobile exhaust gas and factory exhaust gas (NOx, HyC
As a fluid analyzer used when analyzing the concentration (and thus the amount) of z, COx, etc., conventionally, an analyzer equipped with a chemiluminescence detector (CLD) or a flame ion detector is used. (FID) or various non-dispersive infrared analyzers (NDIR) such as condenser microphone type or microflow type pneumatic detectors, thermopile or solid state detectors such as semiconductors A fluid analysis device that employs a detector (sensor) is used.

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、
サンプル流体中の複数(この場合には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、どうしても複数個(この場合には2個)の検出
器(センサー)が必要であった。
By the way, when performing the fluid analysis as described above, for example, NO and NO 2 , or methane (CH 4 ) and HC other than methane (NMHC), or CO and CO 2 ,
In many cases, it is necessary to measure the concentration of a plurality of components (two in this case) in the sample fluid simultaneously and continuously. (Two in this case) detectors (sensors) were required.

即ち、NOとNO2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
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検出器を設け、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。
That is, when simultaneously measuring NO and NO 2 simultaneously, the sample fluid is divided into two measurement systems, and one system is a first NO detector for measuring the NO concentration in the sample gas by itself. And the other system is provided with a second NO detector for measuring the total NO concentration in the processed fluid produced by converting NO 2 in the sample gas into NO. 2
One NO detector is required (NO 2 concentration is obtained as the difference between the total NO concentration detection value by the second NO detector and the NO single concentration detection value by the first NO detector, and this method is called the difference method. ), And in the case of simultaneous continuous measurement of methane and HC other than methane (NMHC), the sample fluid is divided into two measurement systems, and one system is divided into the total HC concentration (TH
A first HC detector for measuring C) is provided, and the other system is subjected to a process of catalytically burning and removing HC other than methane in the sample fluid to measure the methane concentration in the produced gas. To install a second HC detector for
One HC detector is required (again, the difference method is used, and NMHC is the THC concentration detection value by the first HC detector and the second HC detector).
(It is obtained as the difference from the detected value of methane concentration by the detector.) Also, when measuring CO and CO 2 in the sample fluid at the same time, split the sample fluid into two measurement systems and Requires a CO detector and the other system has a CO 2 detector, and so on. Two different detectors are required, a CO detector and a CO 2 detector.

そして、上記のように同一サンプル流体を複数の系に分
流することにより、そのサンプル流体中の複数の成分の
同時連続分析を行う場合に限らず、複数の異なるサンプ
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、同様に複数の検出器(セ
ンサー)を必要とすることが明らかである。
Then, by dividing the same sample fluid into a plurality of systems as described above, it is not limited to the case where the simultaneous and continuous analysis of a plurality of components in the sample fluid is performed, and a plurality of different sample fluids are included in each. It is clear that a plurality of detectors (sensors) are also required when attempting simultaneous simultaneous analysis of specific components.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記したように、同一サンプル流体中の
複数の成分の同時連続分析、あるいは、複数の異なるサ
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
複数個の検出器(センサー)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)複数の検出器毎にゼロ・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、複数の検出器の間
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。
However, as described above, when performing simultaneous continuous analysis of a plurality of components in the same sample fluid, or performing simultaneous continuous analysis of a specific component contained in each of a plurality of different sample fluids, as in the conventional device, The fact that multiple detectors (sensors) have to be used not only means that (a) the analyzer becomes large and manufacturing costs are high, but (b) zero detectors are required for each detector. Since adjustments such as span adjustments are required, the labor required for measurement is large and very troublesome. (C) The adjustment of each detector is not sufficient, and zero adjustment error and sensitivity difference between multiple detectors If present, it causes various problems such as a very large measurement error.

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
複数の成分を交互に測定するとか、あるいは、複数の異
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、測定制度の大きな劣
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。
Therefore, in order to avoid such problems, an analyzer equipped with only one detector is used to alternately measure a plurality of components in the same sample fluid, or alternatively, a plurality of different sample fluids are alternately measured. It may be possible to use a batch-type analysis method, which is a measure to measure in the same way, but in that case, there is a disadvantage that the measurement data becomes discontinuous because simultaneous and continuous measurement cannot be performed. When the analysis using the difference method is performed, there is a possibility that the measurement system may be greatly deteriorated. Therefore, it is not a good idea to adopt such a batch-type analysis method merely to save the number of detectors, because it may seriously sacrifice the original purpose of fluid analysis.

本発明は、かかる従来実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、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、しかも、精度良く分析
することができる流体分析装置を開発せんとすることに
ある。
The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and an object thereof is to use a plurality of (or a plurality of system divided) sample fluids while using only one detector. The object is to develop a fluid analysis device that can perform simultaneous and continuous and accurate analysis.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

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は、第1図に示す基本的概念
図および第2図に示す要部具体的構成図(クレーム対応
図)から明らかなように、 複数のサンプル流体S1,S2,…,Sn(これは、もともと異
なるものであっても、あるいは、単一のサンプル流体を
複数の系に分流したものであってもよい)を、夫々、比
較流体R1,R2,…,Rnにより互いに異なる周波数F1,F2,…,
Fn(ヘルツ)で流体変調するための流体変調手段V1,V2,
…,Vn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,…,Sn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
1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,…,Snに対する各変調周波数F1,F2,
…,Fnの信号成分O1,O2,…,On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,
…,Sn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2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,…,Fn付近の帯域の信号のみを夫々通過させる複
数のバンドパスフィルターa1,a2,…,an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,…,an)の後段に、
その通過帯域周波数F1(F2,…,Fn)に対応する流体変調
手段V1(V2,…,Vn)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,…,an)からの出
力信号を検民整流する同期検波整流器b1(b2,…,bn)を
設け、かつ、 前記各同期検波整流器b1(b2,…,bn)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,…,c
n)を設けてある、 という特徴を備えている。
In order to achieve the above-mentioned object, the fluid analysis device by the multi-fluid modulation method according to the present invention is clear from the basic conceptual diagram shown in FIG. 1 and the specific configuration diagram (claim correspondence diagram) of the main part shown in FIG. , A plurality of sample fluids S1, S2, ..., Sn (which may be different from each other originally or a single sample fluid may be divided into a plurality of systems), respectively. , The comparison fluids R1, R2, ..., Rn have different frequencies F1, F2 ,.
Fluid modulation means V1, V2, for fluid modulation with Fn (Hertz)
, Vn and only one detector D, and the analysis unit A to which the fluid-modulated sample fluids S1, S2, ..., Sn are simultaneously and continuously supplied, and the analysis unit A Output signal O from detector D
By appropriately using frequency separating means and signal rectifying / smoothing means (which is conceptually shown in FIG. 1), the respective modulation frequencies F1, F2, for the respective sample fluids S1, S2, ..., Sn.
,, Fn signal components O1, O2, ..., On are separated and subjected to rectification and smoothing processing, respectively, so that the sample fluids S1, S2,
,, and signal processing means B for obtaining an analysis value regarding Sn. Further, in the signal processing means B, the output from the detector D is as specifically shown in FIG. From the signal O to each of the modulation frequencies
A plurality of band-pass filters a1, a2, ..., An that pass only signals in the bands near F1, F2, ..., Fn are provided in parallel with each other, and each of the band-pass filters a1 (a2, ..., An) In the latter stage,
From the bandpass filter a1 (a2, ..., an) in synchronization with the actual fluid modulation operation by the fluid modulation means V1 (V2, ..., Vn) corresponding to the passband frequency F1 (F2, ..., Fn) To provide a synchronous detection rectifier b1 (b2, ..., bn) for detecting and rectifying the output signal of, and for smoothing the output signal from each synchronous detection rectifier b1 (b2, ..., bn) Smoothing element c1 (c2, ..., c
n) is provided.

〔作用〕[Action]

かかる特徴構成により発揮される作用は次の通りであ
る。
The action exerted by such a characteristic configuration is as follows.

即ち、上記本発明に係るマルチ流体変調方式による流体
分析装置においては、後述する実施例の記載からもより
一層明らかとなるように、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,…,Vnを用いて、比較流体R1,
R2,…,Rnにより互いに異なる周波数F1,F2,…,Fnで夫々
流体変調した複数の(または複数の系に分流された)サ
ンプル流体S1,S2,…,Sn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,…,Snに対応する個々の測定信号成分(O1,
O2,…,On)が一括的に重畳されたひとつの測定信号O
( =O1+O2+…+On)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1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S1,S
2,…,Snに対する各変調周波数F1,F2,…,Fnの信号成分O
1,O2,…,On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S
1,S2,…,Snに関する分析値を得るようにしたから、たと
え、同一サンプル流体中の複数の成分の同時連続分析、
あるいは、複数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、複数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ようになった。
That is, in the fluid analysis device using the multi-fluid modulation method according to the present invention, as will become more apparent from the description of the embodiments described later, for example, a rotary valve, a three-way switching solenoid valve, a four-way switching solenoid valve, or the like. , Vn using appropriate fluid modulation means V1, V2, ..., Vn
A plurality of sample fluids S1, S2, ..., Sn, which are fluid-modulated at different frequencies F1, F2, ..., Fn by R2 ,. By simultaneously and continuously supplying to the analysis unit A having the following, first, from the single detector D, individual measurement signal components (O1, O1) corresponding to all the sample fluids S1, S2 ,.
O2, ..., On) is one measurement signal O
(= O1 + O2 + ... + On) is obtained by adopting a peculiar method which was not considered at all in the conventional common sense, and next, the output signal O from the single detector D is illustrated in FIG. 1, for example. As described above, by using the signal processing means B configured by appropriately combining the frequency separating means and the signal rectifying / smoothing means, the sample fluids S1 and S
Signal component O of each modulation frequency F1, F2, ..., Fn for 2, ..., Sn
By performing signal processing of separating into 1, O2, ..., On and performing rectification and smoothing respectively, the sample fluid S
Since the analytical values for 1, S2, ..., Sn are obtained, even if simultaneous analysis of a plurality of components in the same sample fluid is performed,
Alternatively, when performing simultaneous continuous analysis of specific components contained in a plurality of different sample fluids,
Since only one detector (sensor) is required, it is easy to reduce the size and simplification of the entire device and reduce the cost compared with the conventional general fluid analysis device that required multiple detectors. In addition, the detector can be adjusted easily and in a short time, and zero adjustment error and sensitivity difference between multiple detectors cannot occur as in the past, so that good measurement accuracy can always be ensured. Became.

ところで、前記信号処理手段Bとしては、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、本発明装置においては、特
に、バンドパスフィルターa1(a2,…,an)と同期検波整
流器b1(b2,…,bn)と平滑素子(例えばローパスフィル
ターとかコンデンサー)c1(c2,…,cn)とを直列接続し
て成る信号処理系列を複数系列並列に設けた構成として
あるため、上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,…,an)のみでは不十分である虞れがある分離作用
を同期検波整流器b1(b2,…,bn)により補足してより一
層精度の良い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。
By the way, as the signal processing means B, a computer capable of performing arithmetic processing of numerical analysis such as Fourier analysis (corresponding to frequency separation processing) and absolute value averaging processing (corresponding to rectification / smoothing processing) is used. , Or
Although it is possible to configure appropriate means by various software or hardware such as using an electric circuit such as a lock-in amplifier, in the device of the present invention, in particular, the bandpass filter a1 (a2, ..., an) , A synchronous detection rectifier b1 (b2, ..., bn) and a smoothing element (for example, a low-pass filter or a capacitor) c1 (c2, ..., cn) are connected in series, and a plurality of signal processing sequences are provided in parallel. Therefore, as compared with the above-mentioned means using a computer or a lock-in amplifier, not only is it very simple and inexpensive, but the bandpass filter a1
(A2, ..., an) is not enough to supplement the separation action with the synchronous detection rectifier b1 (b2, ..., bn) so that more accurate separation can be achieved. , For example, compared to the one that simply rectifies the absolute value immediately after frequency separation using only a bandpass filter, it is possible to obtain a significantly superior signal processing performance (S / N ratio). is there.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明に係るマルチ流体変調方式による流体分析
装置の具体的実施例を図面(第3図ないし第8図)に基
いて説明する。
Hereinafter, a specific embodiment of the fluid analysis apparatus using the multi-fluid modulation method according to the present invention will be described with reference to the drawings (FIGS. 3 to 8).

第3図は第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NOxあるいはHyCzなどの濃度を分析するような場
合に用いられる。
FIG. 3 shows an overall schematic configuration of a fluid analysis device by the multi-fluid modulation method according to the first embodiment, which is, for example, NOx or HyCz contained in a sample fluid such as an exhaust fluid from the atmosphere or a production facility. It is used when the concentration of is analyzed.

さて、図示しているように、複数(この場合は2つ)の
サンプル流体S1,S2(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
流体を複数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)(例えば、F1=1Hz,F2=2Hz)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、この場合には、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(FI
D)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(R1,R2)は、混合状態で前記検出器Dへ供
給される。
Now, as shown, a plurality (two in this case) of sample fluids S1, S2 (this may be different in nature, or (Which may be split into a plurality of systems) by using the fluid modulation means V1 and V2, respectively, and different frequencies F1 and F2 (compared to zero gas) by the reference fluids R1 and R2 (generally zero gas is used). Hertz) (for example, F1 = 1 Hz, F2 = 2 Hz) after fluid modulation (that is, the sample fluid and the reference fluid are alternately passed at a predetermined frequency), and then the fluid-modulated sample fluids S1 and S2 (R1, R2) is the only detector D
It is configured to supply the analysis unit A having a (sensor) simultaneously and continuously. In this case, the detector D in the analysis unit A is generally a chemical luminescence detector (CLD) for NO detection or a flame ion detector (FI) for hydrocarbon (HC) detection.
Since the type in which the sample fluid directly passes, such as D), is used, both the fluid-modulated sample fluids S1 and S2 (R1, R2) are supplied to the detector D in a mixed state. .

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。
Therefore, the signal O output from the detector D via the preamplifier 2 has individual measurement signal components (O1, O2) corresponding to both sample fluids S1, S2, as schematically shown in the figure.
One measurement signal (O = O1 + O2) in which
Will be obtained as.

そこで、前記検出器Dからの出力信号Oを、第3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,F2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。
Therefore, the output signal O from the detector D, as conceptually illustrated in FIG.
And the signal rectifying circuit 4 are combined to form a signal processing means B composed of an electric circuit.
By performing signal processing in which signal components O1 and O2 of modulation frequencies F1 and F2 for S1 and S2 are separated and rectified respectively, analytical values for the sample fluids S1 and S2 are obtained.

而して、前記信号処理手段Bの具体的な回路構成は第4
図に示すようなものとされている。
The specific circuit configuration of the signal processing means B is the fourth.
It is as shown in the figure.

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(F1ヘルツ)
の信号O1のみを分離して取り出す(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ヘルツ)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、
その後段には、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
(F2ヘルツ)の信号O2のみを分離して取り出す(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ヘル
ツ)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、その後段には、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を設け
たものである。
That is, the signal O output from the detector D through the preamplifier 2 is branched into a plurality of signal processing sequences (two sequences in this example) provided in parallel with each other, and one signal processing sequence includes a sample Modulation frequency for fluid S1 (F1 Hertz)
The bandpass filter a1 for separating and extracting (passing) only the signal O1 of is provided, and at the subsequent stage,
Due to the synchronization signal from the synchronization signal generator 1a attached to the fluid modulation means V1 for the sample fluid S1 (the signal representing the actual fluid modulation operation by the fluid modulation means V1: F1 Hertz), the bandpass filter a1 alone is not sufficient. The output signal O1 from the band-pass filter a1 can be converted at the same time as a more accurate separation by supplementing the frequency separation action which may be
Is provided with a synchronous detection rectifier b1 for synchronously rectifying
In the subsequent stage, a low-pass filter as a smoothing element c1 for smoothing the output signal from the synchronous detection rectifier b1 and removing high frequency noise is provided, and the other signal processing series is for the sample fluid S2. In addition to providing a bandpass filter a2 for separating and extracting (passing) only the signal O2 of the modulation frequency (F2 Hertz),
At the subsequent stage, the bandpass filter a2 is supplied with a synchronization signal from the synchronization signal generator 1b attached to the fluid modulation means V2 for the sample fluid S2 (a signal representing the actual fluid modulation operation by the fluid modulation means V2: F2 Hertz). There is a possibility that it may be insufficient only by supplementing the frequency separation effect to perform more accurate separation, and at the same time, to convert the separated AC into DC, the output signal O2 from the bandpass filter a2. Synchronous detection rectifier b2 for synchronous rectification of
Further, a low pass filter as a smoothing element c2 for smoothing the output signal from the synchronous detection rectifier b2 and removing high frequency noise is provided at the subsequent stage.

第5図は第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COxなどの濃度を分析するような場合に用いられ
る。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a main part of a fluid analysis device using the multi-fluid modulation method according to the second embodiment. This is, for example, COx contained in a sample fluid such as exhaust fluid from the atmosphere or production equipment. It is used when analyzing the concentration.

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。
In this case, the analysis unit A of the apparatus is generally composed of a non-dispersive infrared analyzer (NDIR), and therefore the detector D (sensor) is a pneumatic type such as a condenser microphone type or a microflow type. A type such as a detector, a thermopile, or a solid-state detector such as a semiconductor, through which a sample fluid does not directly pass is used. However, as shown in this figure, the analysis unit A
Is constructed by a so-called single-cell type NDIR using only one cell C, the fluid-modulated sample fluids S1, S2 (R
1, R2) are supplied to the cell C in a mixed state, and the absorbance of the infrared ray for measurement passing through the cell C is measured by the detector D.

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。
In addition, regarding other configurations and the like in this embodiment,
Since it is similar to that of the first embodiment, the members having the same functions are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第6図は第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、COxなどの
濃度を分析するような場合に用いられる。
FIG. 6 shows a schematic structure of a main part of a fluid analysis device by a multi-fluid modulation system according to the third embodiment, which is also used when analyzing the concentration of COx or the like.

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個のセルC1,C2のには、例えば、その一方にC
O測定用のソリッドフィルターが、そして、他方にCO2
定用のソリッドフィルターが、夫々、付設されている。
In this case, the analysis unit A is a so-called double cell type non-dispersive infrared analyzer (NDIR) having two cells C1 and C2.
Since it is composed of
1, S2 (R1, R2) will be supplied to the separate cells C1 and C2 without being mixed with each other.
The absorbance of each infrared ray for measurement passing through 1 and C2 is simultaneously measured by one detector D. Although not shown, the two cells C1 and C2 may have, for example, a C in one of them.
A solid filter for measuring O and a solid filter for measuring CO 2 are attached to each other.

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。
Also, regarding other configurations and the like in this embodiment,
Since it is similar to that of the first and second embodiments, the members having the same functions are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

ところで、前記複数のサンプル流体S1,S2は、例えば複
数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を複数の系に分
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に変換するためのコンバータ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図に例示しているように、前記比較流体R
1,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。
By the way, the plurality of sample fluids S1 and S2 may be different from each other, as in the case where they are individually guided from a plurality of exhaust flow paths, or, as illustrated in FIG. 7, A single sample fluid S0 may be divided into a plurality of systems. This is generally applied to the case where CO and CO 2 in the same sample fluid S0, NO and NO 2, or methane and HC other than methane (NMHC) are simultaneously measured continuously. In that case, , A converter 5 for converting NO 2 to NO or CO to CO 2 in at least one system as shown, or a non-methane removal device (not shown), Alternatively, a required filter or the like is usually provided. As shown in FIG. 7, the comparative fluid R
Also for R1 and R2, the common R0 (for example, zero gas) may be used.

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。
Further, each of the fluid modulation means V1 and V2 is connected to the sample fluid S1 (S
2) and the comparative fluid R1 (R2) can be switched alternately at a predetermined frequency, the configuration is arbitrary. For example, a rotary valve as shown in FIG. Alternatively, it may be constituted by a 4-way switching solenoid valve as shown in FIG. 8B, or, although not shown, it may be constructed by using a 3-way switching solenoid valve. There is no.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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よれば、複数
のサンプル流体を夫々比較流体により互いに異なる周波
数で流体変調する流体変調手段を設けると共に、それら
流体変調された全てのサンプル流体を、ただ一個の検出
器を有する分析部へ、同時にかつ連続的に供給するよう
に構成することにより、先ず、そのただ一個の検出器か
ら、全てのサンプル流体に対応する個々の測定信号成分
が一括的に重畳されたひとつの測定信号を得て、しかる
後、そのひとつの測定信号から、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
び平滑化処理するという信号処理を行うことにより、前
記各サンプル流体に関する分析値を得る、という従来常
識では全く考えられなかった特異な手段を採用している
から、たとえ、同一サンプル流体中の複数の成分の同時
連続分析、あるいは、複数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、複数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、測定システムの小型
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、しか
も、前記信号処理手段としては、バンドパスフィルター
と同期検波整流器と平滑素子とを直列接続してなる信号
処理系列を複数系列並列に設けた構成としてあるため、
例えばコンピューターあるいはロックインアンプを用い
る他の手段に比べて、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により
補足してより一層精度の良い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、という顕著に優れた効果が発
揮されるのである。
As is clear from the above detailed description, according to the fluid analysis device by the multi-fluid modulation method according to the present invention, a plurality of sample fluids are provided with fluid modulation means for performing fluid modulation at different frequencies by comparison fluids, respectively, By constructing such that all the fluid-modulated sample fluids are simultaneously and continuously supplied to the analysis section having only one detector, first, all the sample fluids are produced from that one detector. To obtain a single measurement signal in which the individual measurement signal components corresponding to are collectively superposed, and then separate the single measurement signal into signal components of respective modulation frequencies for the respective sample fluids and rectify them respectively. It is completely unthinkable in the conventional wisdom that an analysis value for each sample fluid is obtained by performing signal processing such as smoothing processing. Since it employs a unique method that was not available, even when performing simultaneous continuous analysis of multiple components in the same sample fluid, or simultaneous analysis of specific components contained in each of multiple different sample fluids. However, only one detector (sensor) needs to be provided. Therefore, the measurement system can be made smaller and simpler and the cost can be reduced as compared with the conventional general fluid analysis device that requires a plurality of detectors. It is possible to easily adjust the detectors easily and in a short time, and zero adjustment error and sensitivity difference between multiple detectors as in the conventional method cannot occur, ensuring good measurement accuracy at all times. In addition, as the signal processing means, a plurality of signal processing sequences each including a bandpass filter, a synchronous detection rectifier, and a smoothing element connected in series are provided in parallel. Because it has a,
Compared with other means using a computer or a lock-in amplifier, for example, it can be constructed very simply and inexpensively, and a bandpass filter alone may not be enough to supplement the frequency separation effect with a synchronous detection rectifier. Since it is configured so that more accurate separation can be performed, it is significantly superior to, for example, a structure in which the absolute value rectification is performed immediately after frequency separation using only a bandpass filter. Signal processing performance (S / N
Ratio) can be obtained, which is a remarkably excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2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の基本的概念および作用、ならび
に、その要部の具体的構成の説明図(クレーム対応図)
である。 また、第3図ないし第8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の各種具体的実施例を示し、
第3図は第1実施例の全体概略構成図、第4図はその要
部具体的回路構成図であり、第5図は第2実施例の要部
概略構成図、第6図は第3実施例の要部概略構成図、そ
して、第7図は各実施例に対する補足説明のための要部
概略構成図、第8図(イ),(ロ)は夫々各実施例に対
する別の補足説明のための要部概略構成図である。 S1,S2,…:サンプル流体、 R1,R2,…:比較流体、 F1,F2,…: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。
FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory views (claim correspondence diagram) of the basic concept and operation of the fluid analysis apparatus by the multi-fluid modulation method according to the present invention, and the specific configuration of the main part thereof.
Is. Also, FIGS. 3 to 8 show various specific embodiments of the fluid analysis device by the multi-fluid modulation method according to the present invention,
FIG. 3 is an overall schematic configuration diagram of the first embodiment, FIG. 4 is a specific circuit configuration diagram of an essential part thereof, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an essential part of the second embodiment, and FIG. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a main part of the embodiment, and FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a main part for supplementary description of each embodiment. FIGS. 8A and 8B are other supplementary descriptions of the respective embodiments. 3 is a schematic configuration diagram of a main part for FIG. S1, S2, ...: Sample fluid, R1, R2, ...: Comparative fluid, F1, F2, ...: Modulation frequency, V1, V2, ...: Fluid modulation means A: Analytical unit, D: Detector, B: Signal processing Means, O: output signal from detector D, O1, O2, ...: Signal components of each modulation frequency F1, F2, ... for each sample fluid S1, S2, ..., a1, a2, ...: Bandpass filter, b1 , b2,…: Synchronous detection rectifier, c1, c2,…: Low pass filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の(または複数の系に分流された)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の信号処理手段
とから成り、 更に、前記信号処理手段を構成するに、 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複数のバンドパスフ
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ある、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。
1. A fluid modulation means for fluid-modulating a plurality of sample fluids (or divided into a plurality of systems) at frequencies different from each other by a reference fluid, and a single detector and An analysis section to which each fluid-modulated sample fluid is supplied simultaneously and continuously, and an output signal from the detector in the analysis section is separated into signal components of each modulation frequency for each sample fluid and rectified respectively. And signal processing means for obtaining an analysis value for each of the sample fluids by performing a smoothing process. Further, in the signal processing means, the output signal from the detector is used to adjust each of the modulation frequencies. A plurality of band-pass filters that pass only signals in the vicinity of the band are provided in parallel with each other, and at the subsequent stage of each band-pass filter. In synchronization with the actual fluid modulation operation by the fluid modulation means corresponding to the pass band frequency, a synchronous detection rectifier for detecting and rectifying the output signal from the band pass filter is provided, and, in the subsequent stage of each synchronous detection rectifier, A fluid analysis device by a multi-fluid modulation method, characterized in that a smoothing element for smoothing an output signal from the fluid analysis device is provided.
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