JPH0989765A - Infrared ray gas analyzer - Google Patents

Infrared ray gas analyzer

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JPH0989765A
JPH0989765A JP24346095A JP24346095A JPH0989765A JP H0989765 A JPH0989765 A JP H0989765A JP 24346095 A JP24346095 A JP 24346095A JP 24346095 A JP24346095 A JP 24346095A JP H0989765 A JPH0989765 A JP H0989765A
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JP
Japan
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infrared
sample cell
gas analyzer
radiation
signal
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Pending
Application number
JP24346095A
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Japanese (ja)
Inventor
Lewis Gradon
グラドン ルイス
Baden Clark Andrew
バデン クラーク アンドリュー
John Seakins Paul
ジョン シーキンズ ポール
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Fisher and Paykel Appliances Ltd
Original Assignee
Fisher and Paykel Ltd
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Publication date
Application filed by Fisher and Paykel Ltd filed Critical Fisher and Paykel Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared gas analyzer for measuring the humidity of a wet gas or mixture. SOLUTION: The infrared gas analyzer comprises a sample cell 65 being set in a gas flow, an infrared radiation source 61 of selected wavelength passing the sample cell 65, and an infrared detector 69 receiving infrared rays transmitted through the sample cell 65. Concentration of a selected substance in gas flow is measured based on one selected wavelength being absorbed by a gas to be measured using infrared rays incident on the infrared detector 69. In a preferable method, the infrared gas analyzer is used as a temperature sensor for a medical respiration circuit where at least one selected wavelength is absorbed significantly by water. A heating means is coupled with a sample cell in order to evaporate water intruding into the sample cell which is provided with an inner baffle for retarding precipitation and condensation of water on a radiation window.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特にそのためだけ
ではないが、加湿されたガスの流れの湿度をインライン
感知で用いる赤外線ガス分析器に関する。この赤外線ガ
ス分析器の用途としては、例えば、病院において患者に
供給される加湿された呼吸ガスの湿度の検知があげられ
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention is particularly, but not exclusively, concerned with an infrared gas analyzer for in-line sensing of the humidity of a humidified gas stream. Applications of this infrared gas analyzer include, for example, detection of the humidity of humidified respiratory gas supplied to patients in hospitals.

【0002】現在用いられる湿度センサは反応時間が少
し遅いものが多く、普通、高い相対湿度での使用に適さ
ない。生物医学関係の産業において、高い(60〜10
0%)相対湿度でにある移動する空気の流れの絶対温度
を高速応答時間で測定するのが望ましい。この応用例の
1つが空気吸入器を付けた患者の呼吸回路の湿度の測定
である。この場合、高速で移動する空気の流れの中で、
かつ水の凝結による影響を受けることなく、呼吸ごと
の、またはある一定周期ごとの積算湿度を知ることが望
ましい。本装置での空気の流れは、取り巻くチューブの
壁によりも暖かいため、チューブの壁と空気中に水滴が
生じる。また、サンプリング装置(吸入ポンプまたはバ
イパス・チューブなど)を用いずに、呼吸回路の湿度を
測定することが望ましい。このタイプの装置は、“メイ
ンストリーム”と呼ばれ、速度、簡単、そして静かな動
作という利点を備えている。さらに、湿度センサはどの
ような大きさまでも測定している湿度の影響を受けては
ならない。
Humidity sensors currently in use often have a slightly slower reaction time and are usually not suitable for use at high relative humidity. High in the biomedical industry (60-10
It is desirable to measure the absolute temperature of a moving air stream at 0% relative humidity with a fast response time. One example of this application is the measurement of humidity in the breathing circuit of a patient with an air inhaler. In this case, in the flow of air moving at high speed,
Moreover, it is desirable to know the cumulative humidity for each breath or for each certain period without being affected by the condensation of water. The air flow in the device is warmer than the surrounding wall of the tube, so that water droplets form on the wall of the tube and in the air. It is also desirable to measure the humidity of the breathing circuit without using a sampling device (such as an inhalation pump or bypass tube). This type of device, called "mainstream", has the advantages of speed, simplicity, and quiet operation. In addition, the humidity sensor must not be affected by the humidity it is measuring at any size.

【0003】[0003]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】湿度
を測定する既存の市販の装置は、いくつかの周知の原理
に基づいて動作しており、例外なく利点と欠点とを備え
ている。乾湿球温度計は、湿式温度計と乾式温度計の間
の温度差を測定する装置である。これらは、普通、気象
観測または湿った空気が静止しているかゆっくりと移動
し、汚染の危険性がほとんどない室内またはチェンバで
用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Existing commercial instruments for measuring humidity operate on the basis of several well-known principles and are without exception pros and cons. A dry-wet bulb thermometer is a device that measures the temperature difference between a wet thermometer and a dry thermometer. They are commonly used in meteorological observations or in rooms or chambers where moist air is stationary or slowly moving and there is little risk of contamination.

【0004】湿った空気の水分をその表面で吸着できる
高分子フィルムまたは多孔性セラミックからなる多くの
装置がある。この場合、測定可能な装置の物理的特性
(抵抗や容量など)に変化がもたらされる。これらの装
置は安価でHVACと消費者用商品において人気が高
い。これらの装置の欠点は、精度が低く、長期間使用す
ると偏差や吸着表面の汚染が生じ、高い相対湿度で「水
びたし」になりやすいということである。このような欠
点により、相対湿度が高いことが多い医療用呼吸回路で
の用途を制限してしまう結果になる。
There are many devices consisting of polymeric films or porous ceramics that can adsorb the moisture of moist air on their surface. This leads to changes in the measurable physical properties of the device, such as resistance and capacitance. These devices are inexpensive and popular in HVAC and consumer products. The disadvantages of these devices are that they are inaccurate and they tend to "drip" at high relative humidity due to deviations and contamination of the adsorption surface after long-term use. Such drawbacks result in limited application in medical breathing circuits, which often have high relative humidity.

【0005】冷却し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、高い相対湿度の測定に
は非常に適しておりかつ精度も高い。この技術の欠点は
ミラー表面が汚染されやすく、静止した空気中でも装置
が良好に動作するということである。加熱した温度セン
サを用いて、湿った空気の熱伝導率を測定するいくつか
の市販の装置もある。これらの装置は空気の絶対湿度に
感応性があり、高い湿度にも充分に対応する。しかし、
測定は空気の流れとガス成分の相違により影響を受ける
こともある。呼吸回路において、測定湿度に影響を与え
るおそれのある高いレベルの酸素や麻酔性のガスが存在
する可能性がある。
Although an apparatus for measuring the dew point of moist air using a cooled mirror is expensive, it is very suitable and highly accurate for measuring high relative humidity. The drawback of this technique is that the mirror surface is easily polluted and the device works well in still air. There are also several commercially available devices that measure the thermal conductivity of moist air using a heated temperature sensor. These devices are sensitive to the absolute humidity of the air and are sufficiently sensitive to high humidity. But,
Measurements can also be affected by differences in air flow and gas composition. There can be high levels of oxygen and anesthetic gases in the breathing circuit that can affect the measured humidity.

【0006】高速応答時間と空気の移動速度やガス成分
の変化に感応しない湿度測定方法の1つが赤外線による
湿度分析である。本発明の目的の1つは、上述した欠点
を克服する湿ったガスやガスの混合物の湿度を測定する
装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、
改良された赤外線ガス分析器を提供することである。
Humidity analysis by infrared rays is one of the humidity measurement methods that is insensitive to fast response time, air movement speed and changes in gas components. One of the objects of the present invention is to provide a device for measuring the humidity of moist gases or gas mixtures which overcomes the above-mentioned drawbacks. A further object of the invention is
An object is to provide an improved infrared gas analyzer.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線ガス分析
器の好適な実施例を、本発明の用途はそのように制限さ
れていないが、呼吸する空気の流れの湿度を測定する本
発明の応用を参照して説明する。近赤外線や中間赤外線
(IR)スペクトルが試料を通過すると、試料の化学組
成を示す吸収帯域を知ることできる。空気中には5つの
主要な成分、すなわち、窒素、酸素、アルゴン、二酸化
炭素および水蒸気が存在する。もちろん、これらは、対
象構造になっているので窒素、酸素、およびアルゴンは
赤外線を吸収しない。二酸化炭素は、4.3μm波長に
強い吸収帯域を持ち、水蒸気は1.35〜1.45μ
m、2.6〜2.8μm波長と5.5〜6.5μm波長
に吸収帯域を持っている。医療環境においては、別の波
長に吸収帯域を持つガス(麻酔性ガスなど)が空気中に
存在する。
A preferred embodiment of the infrared gas analyzer of the present invention, although the application of the present invention is not so limited, is of the present invention for measuring the humidity of a stream of breathing air. It will be described with reference to the application. When the near-infrared or mid-infrared (IR) spectrum passes through the sample, the absorption band showing the chemical composition of the sample can be known. There are five major components in air: nitrogen, oxygen, argon, carbon dioxide and water vapor. Of course, these are symmetrical structures, so nitrogen, oxygen, and argon do not absorb infrared radiation. Carbon dioxide has a strong absorption band at a wavelength of 4.3 μm, and water vapor is 1.35 to 1.45 μ.
m, 2.6 to 2.8 μm wavelength and 5.5 to 6.5 μm wavelength. In a medical environment, gases with absorption bands at different wavelengths (such as anesthetic gases) are present in the air.

【0008】湿度の測定に赤外線吸収を用いる装置は以
下のように構成される。赤外線放射源(狭帯域または狭
帯域フィルタを備える)が配設されているため、放射は
ビームにコリメートされる。ビームはサンプル空気を含
むチェンバ(サンプルセル)を通過し、最終的に放射強
度を測定する赤外線検出器に入射する。赤外線フィルタ
は、水の吸収帯域の放射の1つだけを通過するように選
択されている。装置を加熱コイルで加熱して測定サンプ
ルセルでの凝結を停止する、すなわち、赤外線の放射強
度は凝結を停止させるのに充分な大きさである。光源に
多少の変調を加えることは、装置のノイズの減少と長期
安定性の向上に不可欠である。これは光源を直接変調す
るか機械的放射チョッパのある形態を用いて達成され
る。
An apparatus that uses infrared absorption to measure humidity is constructed as follows. An infrared radiation source (comprising a narrow band or narrow band filter) is provided so that the radiation is collimated into the beam. The beam passes through a chamber (sample cell) containing sample air and finally enters an infrared detector which measures the radiant intensity. The infrared filter is selected to pass only one of the radiation in the absorption band of water. The device is heated with a heating coil to stop the condensation in the measurement sample cell, ie the infrared radiation intensity is large enough to stop the condensation. Adding some modulation to the light source is essential to reduce noise and improve long-term stability of the device. This is accomplished by directly modulating the light source or using some form of mechanical radiation chopper.

【0009】実際には、基準(基準サンプルセル)をと
して用いられる乾いた空気を含むチェンバと類似した構
成になる。サンプル検出器と基準検出器に入射する放射
量の差は、水蒸気により吸収された放射量である。この
差はサンプルセルの水蒸気の量、すなわち絶対湿度に関
係している。このタイプの装置は2ビーム、単一波長装
置として知られており従来の技術で広く知れ渡ってい
る。2ビーム、単一波長装置の欠点は、サンプルセルの
窓に汚染物が付着すると、測定精度が低下することであ
る。
In practice, the arrangement is similar to a chamber containing dry air used as a reference (reference sample cell). The difference in the amount of radiation incident on the sample detector and the reference detector is the amount of radiation absorbed by the water vapor. This difference is related to the amount of water vapor in the sample cell, ie the absolute humidity. This type of device is known as a two beam, single wavelength device and is well known in the art. A disadvantage of the two-beam, single-wavelength device is that the deposition of contaminants on the window of the sample cell reduces the measurement accuracy.

【0010】2ビーム法の代替方法はサンプルセルを用
いることであるが、サンプルセルを通して2つの異なっ
た波長が通過する。このうちの波長の1つは水吸収帯域
(測定波長)の内側に位置しており、それ以外は水吸収
帯域(基準波長)の外側に位置している。2つの波長は
普通2つの赤外線放射源を直接変調して、または単一赤
外線放射源を波長変調するか、放射経路にいくつかのバ
ンドパス干渉フィルタを交互に挿入するか、バンドパス
干渉フィルタを変調して発生する。赤外線検出器に入射
する放射量は、測定波長が通過中のサンプルセルの水蒸
気量に依存しており、基準波長が通過中の水蒸気の量と
は関係がない。従って、小さな交流信号が赤外線検出器
の出力に存在し、赤外線放射源の一定出力量に対してサ
ンプルセルの水蒸気で吸収される放射量に比例する。こ
れはサンプルセルの水の量、すなわち絶対湿度に関係し
ている。
An alternative to the two-beam method is to use a sample cell, but two different wavelengths pass through the sample cell. One of the wavelengths is located inside the water absorption band (measurement wavelength), and the other wavelengths are located outside the water absorption band (reference wavelength). The two wavelengths are usually directly modulated by two infrared radiation sources, wavelength modulated by a single infrared radiation source, several bandpass interference filters are interleaved in the radiation path, or bandpass interference filters are used. It is generated by modulation. The amount of radiation incident on the infrared detector depends on the amount of water vapor in the sample cell through which the measurement wavelength is passing, and is independent of the amount of water vapor passing through the reference wavelength. Therefore, a small AC signal is present at the output of the infrared detector and is proportional to the amount of radiation absorbed by the water vapor of the sample cell for a constant output of the infrared radiation source. This is related to the amount of water in the sample cell, ie absolute humidity.

【0011】単一ビーム、2波長のこのタイプの装置は
従来の技術で周知である。このタイプの装置の利点は、
サンプルセルのウィンドウ表面のどのような低下も測定
波長と基準波長両方に等しく影響を与える(波長が接近
していると仮定する)、絶対湿度測定精度に影響を与え
ない。患者へ送る呼吸する空気を加湿する装置は、よく
知られており図1に示すものと類似した形態で提供され
ることがある。図1を参照する。加湿装置は底部2を備
える参照番号1で示され、電子制御回路を備えヒータプ
レート3内に加熱素子を持ち、ヒータプレートは加湿チ
ェンバ4の底部と接触している。加湿チェンバはガス入
力5とガス出力6を持つ。ガス出力6は呼吸用導管端8
で赤外線放射源へ加湿されたガスを供給する呼吸用導管
7へ接続するために設けられている。赤外線放射源は、
例えば、顔面マスクまたはチューブを挿入された患者へ
接続される。加熱素子9は呼吸用導管の中にも設けら
れ、湿ったガスが呼吸用導管中を移動するとき湿ったガ
スの凝結防止を助成する。加湿チェンバ4に存在する水
は、ヒータプレート3により加湿チェンバのガスを加湿
して所望の温度と湿度に熱する。通常、凝結は病院に入
院中の患者を医療用呼吸回路へ接続する呼吸用導管に発
生し、加湿されたガス源を供給する換気装置と加湿装置
を含む。呼吸用導管壁は装置により供給された加湿ガス
の温度に比較して、普通低い温度(周囲の大気の気温に
近い温度)にあるため呼吸用導管中に凝結が発生する。
これまで、呼吸用導管の中で水凝結の影響を受けず、同
時に高速に移動する空気の流れの湿度を充分な速度と精
度で測定する湿度センサは存在しなかった。
Single beam, dual wavelength devices of this type are well known in the art. The advantages of this type of device are:
Any degradation of the sample cell window surface affects both the measured and reference wavelengths (assuming the wavelengths are close together) and does not affect the absolute humidity measurement accuracy. Devices for humidifying the breathing air delivered to a patient are well known and may be provided in a form similar to that shown in FIG. Please refer to FIG. The humidifier is designated by reference numeral 1 with a bottom 2 and comprises an electronic control circuit with a heating element in a heater plate 3, which is in contact with the bottom of the humidification chamber 4. The humidification chamber has a gas input 5 and a gas output 6. Gas output 6 is breathing conduit end 8
Is provided for connection to a breathing conduit 7 which supplies humidified gas to an infrared radiation source. Infrared radiation source
For example, a face mask or tube may be connected to the inserted patient. The heating element 9 is also provided in the breathing conduit and helps prevent the condensation of the moist gas as it moves through the breathing conduit. The water present in the humidifying chamber 4 humidifies the gas in the humidifying chamber by the heater plate 3 to heat it to a desired temperature and humidity. Condensation typically occurs in a respiratory conduit connecting a patient admitted to a hospital to a medical breathing circuit and includes a ventilator and a humidifier that provide a source of humidified gas. Condensation occurs in the respiratory conduit because the walls of the respiratory conduit are usually at a low temperature (close to the temperature of the surrounding atmosphere) compared to the temperature of the humidified gas supplied by the device.
Until now, there has been no humidity sensor in a breathing conduit that is not affected by water condensation and at the same time measures the humidity of a rapidly moving air stream with sufficient speed and accuracy.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の第1実施例を説明する。
図2に一体型ユニットとしてサンプルセルを含む単一ビ
ーム、2波長赤外線湿度センサのブロック図を示す。単
一複数波長赤外線放射源61を備える赤外線放射源から
の放射はレンズ62によりビーム99へコリメートされ
る。このビームはモータ64により駆動される回転デュ
アルセグメント・フィルタ・アセンブリを通過する。回
転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリは、最初
にある波長をゲートし、それからフィルタが回転すると
き回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリを通
して他の波長を通過する2つの狭帯域干渉フィルタ8
5,86を含む。バンドパス干渉フィルタ85は水の吸
収帯域にある赤外線を通過させる。バンドパス干渉フィ
ルタ86は水吸収帯域を避け基準バンドパス干渉フィル
タ86を構成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 shows a block diagram of a single beam, dual wavelength infrared humidity sensor including a sample cell as an integral unit. Radiation from an infrared radiation source comprising a single multiple wavelength infrared radiation source 61 is collimated by a lens 62 into a beam 99. This beam passes through a rotating dual segment filter assembly driven by a motor 64. A rotating dual segment filter assembly first gates one wavelength and then two narrow band interference filters 8 that pass other wavelengths through the rotating dual segment filter assembly as the filter rotates.
Including 5,86. The bandpass interference filter 85 allows infrared rays in the absorption band of water to pass through. The band pass interference filter 86 avoids the water absorption band and constitutes the reference band pass interference filter 86.

【0013】次に、ビームはサンプルセルを通過し、こ
こを通って検知されるガス66が流れ、ミラー67に反
射して戻りサンプルセル65を2回通過する。ビームは
レンズ68によりゲルマニウム・フォトダイオード型で
ある赤外線検出器69上の点に収束する。ビームはサン
プルセル65を通って、複数回反射して水蒸気により放
射吸収が向上するか、全然反射されないが1回だけサン
プルセル65を通過することに注意すべきである。
The beam then passes through the sample cell, through which the detected gas 66 flows, reflects off the mirror 67 and returns through the sample cell 65 twice. The beam is focused by a lens 68 onto a point on an infrared detector 69 of the germanium photodiode type. It should be noted that the beam may be reflected multiple times through the sample cell 65 to improve radiation absorption by water vapor, or it may pass through the sample cell 65 only once but not reflected at all.

【0014】赤外線検出器69からの信号はプリアンプ
70により増幅されて、出力信号はロックイン増幅器ま
たは同期デモジュレータ72により同期して検出される
出力信号71を発生する。ロックイン増幅器の出力は信
号処理およびディスプレイ回路37で処理され、絶対湿
度の大きさを示す。反射光センサ型である位置センサ7
4は、回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ
63上にあるマーク75の検出に使用する。このセンサ
からの出力信号80は、フェーズロックド・ループ76
に結合して位置センサ74からの信号と位相が同期し、
50%のデューティ・サイクルを持つ信号77を供給す
る。可変位相遅延回路78は信号77と同じであるが、
固定位相角でシフトされる同期信号79を供給する。位
相遅延は、同期信号79が回転デュアルセグメント・フ
ィルタ・アセンブリの1/2から他へ変化する光ビーム
のタイミングと正確に一致するように調節される。信号
79はロックイン増幅器72の同期に用いられる。
The signal from the infrared detector 69 is amplified by a preamplifier 70 and the output signal produces an output signal 71 which is synchronously detected by a lock-in amplifier or synchronous demodulator 72. The output of the lock-in amplifier is processed by the signal processing and display circuit 37 and indicates the magnitude of absolute humidity. Position sensor 7 of reflected light sensor type
4 is used to detect the mark 75 on the rotating dual segment filter assembly 63. The output signal 80 from this sensor is the phase locked loop 76.
And the phase from the signal from the position sensor 74 is synchronized with
A signal 77 having a 50% duty cycle is provided. The variable phase delay circuit 78 is the same as the signal 77,
It provides a synchronization signal 79 that is shifted by a fixed phase angle. The phase delay is adjusted so that the sync signal 79 exactly matches the timing of the light beam changing from one half of the rotating dual segment filter assembly to the other. The signal 79 is used to synchronize the lock-in amplifier 72.

【0015】モータ64の速度は位相コンパレータ81
を用いて制御し、信号81の位相と発振器82からの基
準周波数信号と比較する。位相コンパレータ81の出力
は、ループ・フィルタ83を通りモータに電源を供給す
る増幅器84に入力する。この構成はモータの速度を制
御するフェーズロックド・ループを形成し、発振器82
の周波数を等しくする。
The speed of the motor 64 is determined by the phase comparator 81.
To control the phase of signal 81 and the reference frequency signal from oscillator 82. The output of the phase comparator 81 passes through a loop filter 83 and into an amplifier 84 which supplies power to the motor. This configuration forms a phase locked loop that controls the speed of the motor, and the oscillator 82
Equalize the frequencies of.

【0016】赤外線放射源61は、白熱電球または赤外
光放射ダイオード(LED)などのような半導体赤外線
放射源が望ましい。赤外線放射源としてLEDを用いる
と、供給される電流量を変化させて光出力の高速変調を
可能にする。赤外線放射源61の波長範囲は、基準波長
および測定波長を包括するように選択しなければならな
い。
The infrared radiation source 61 is preferably a semiconductor infrared radiation source such as an incandescent lamp or an infrared light emitting diode (LED). The use of LEDs as the infrared radiation source allows the amount of current supplied to be varied to enable high speed modulation of the light output. The wavelength range of the infrared radiation source 61 should be selected to cover the reference and measurement wavelengths.

【0017】乾いた空気がサンプルセルを通過すると、
赤外線検出器プリアンプの出力信号71は、測定波長信
号と基準波長信号の2つのレベルの間で変化する。これ
らは、普通、バンドパス干渉フィルタ85、86の伝達
差、波長による赤外線放射源61の出力差、赤外線検出
器69とその他の要因の波長応答差によって等しくはな
らない。装置の「バランス」をとるため、または測定と
基準信号レベルを出力信号71に等しくするには、赤外
線放射源61に供給される電流量をフィルタ・ホイール
が回転しているとき2つのレベルの間で変化できる。こ
れは基準電圧81Aから供給される2つの電圧88、8
9の間でアナログ・スイッチ90により切り替えられる
入力を持つV/Cコンバータ87からの赤外線放射源6
1を駆動して達成できる。スイッチ90は、赤外線放射
源61への電流が回転デュアルセグメント・フィルタ・
アセンブリ63の回転時に2つのレベルの間で切り替わ
るように、同期信号79により制御される。2つの電圧
88、89は調節可能分圧器91を用いて調節され、そ
の結果、出力信号71は測定波長と基準波長に対応する
2つの等しい信号をレベルを持つ。それから、装置は乾
いた空気で「バランス」がとれていると見なされ、ロッ
クイン増幅器72の出力にゼロ信号が出力される。サン
プルセルに侵入する湿度も基準波長以上の測定波長で信
号が減衰し、これにより、出力信号71を2つの異なる
信号レベルの間で変化させ、ロックイン増幅器72の出
力は非ゼロになって絶対湿度に比例する。
When dry air passes through the sample cell,
The output signal 71 of the infrared detector preamplifier changes between two levels, the measurement wavelength signal and the reference wavelength signal. These are usually not equal due to the transmission difference of the bandpass interference filters 85, 86, the output difference of the infrared radiation source 61 depending on the wavelength, the wavelength response difference of the infrared detector 69 and other factors. In order to "balance" the device, or to make the measurement and reference signal levels equal to the output signal 71, the amount of current supplied to the infrared radiation source 61 is between two levels when the filter wheel is rotating. Can be changed with. This is the two voltages 88, 8 supplied from the reference voltage 81A.
Infrared radiation source 6 from V / C converter 87 with input switched by analog switch 90 between 9
It can be achieved by driving 1. Switch 90 is a dual segment filter that rotates the current to infrared radiation source 61.
It is controlled by a sync signal 79 to switch between two levels as the assembly 63 rotates. The two voltages 88, 89 are adjusted using an adjustable voltage divider 91 so that the output signal 71 has two equal signal levels corresponding to the measurement wavelength and the reference wavelength. The device is then considered "balanced" with dry air and a zero signal is output at the output of the lock-in amplifier 72. The humidity entering the sample cell also attenuates the signal at the measured wavelength above the reference wavelength, which causes the output signal 71 to vary between two different signal levels, causing the output of the lock-in amplifier 72 to be non-zero and absolute. Proportional to humidity.

【0018】図3に1つの可能な構成を採っている回転
デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ63の正面
図を示す。85、86の半分に分かれている2つのバン
ドパス干渉フィルタは、それぞれ半円形をしており結合
してフィルタ92を構成している。フィルタ92はリブ
94も含むフィルタ・ホルダ93にはめ込む。リブ94
はモータ64のシャフトに接続して、回転時にフィルタ
を支える。リブ94は赤外線が漏れないようにフィルタ
85、86間の結合部を覆う。
FIG. 3 shows a front view of a rotating dual segment filter assembly 63 which takes one possible configuration. The two band-pass interference filters 85 and 86 divided into halves each have a semicircular shape and are combined to form a filter 92. The filter 92 fits into a filter holder 93 that also includes ribs 94. Rib 94
Connects to the shaft of the motor 64 to support the filter as it rotates. The rib 94 covers the joint between the filters 85 and 86 to prevent infrared rays from leaking.

【0019】図4に代表的な出力信号71を示す。測定
波長と基準波長に対応する2つの信号レベル95、96
がある。これは放射ビーム99がバンドパス干渉フィル
タ85、86を通過するとそれぞれ発生する。参照番号
97、98で示される領域は、放射ビーム99が回転デ
ュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ63のリブ9
4により部分的あるいは完全に遮断される時間に対応す
る。このとき、信号71は多少未定義になるため、リブ
94により放射ビームがカットされている間ゼロレベル
の信号71により割り込むか、期間97のときレベル9
5と期間98のときレベル97を保持して、これらの信
号の一部を無視することは有益である。これらの方法を
実現する信号処理ユニット70Aは、プリアンプ70と
ロックイン増幅器72の間に挿入することができる。こ
のように出力信号71はすべての時間で定義される。
A typical output signal 71 is shown in FIG. Two signal levels 95, 96 corresponding to the measurement wavelength and the reference wavelength
There is. This occurs when the radiation beam 99 passes through the bandpass interference filters 85, 86, respectively. The areas designated by reference numerals 97, 98 are the ribs 9 of the rotating dual segment filter assembly 63 where the radiation beam 99 rotates.
4 corresponds to the time of partial or complete interruption. At this time, since the signal 71 becomes somewhat undefined, it is interrupted by the signal 71 of zero level while the radiation beam is being cut by the ribs 94, or level 9 during the period 97.
It is beneficial to hold level 97 during periods 5 and 98 and ignore some of these signals. The signal processing unit 70A that implements these methods can be inserted between the preamplifier 70 and the lock-in amplifier 72. The output signal 71 is thus defined at all times.

【0020】光学要素のあるものは温度に対し感応的に
なることがあるため、光学構成は通常の方法に従って温
度制御される。2波長、2ビーム装置の本発明の第2の
実施例は図5を参照して説明する。ここでもサンプルセ
ルは装置の一部である。2つの個別の赤外線放射器10
0,101は赤外線放射器を形成し、各々からの放射は
レンズ102、103により2つの垂直ビーム104、
105にコリメートされる。赤外線放射源100、10
1は狭帯域タイプか、狭帯域フィルタと共に用いられる
広帯域赤外線放射源である。第1の赤外線放射源100
は水の吸収帯域に一致するように選択された波長を持ち
測定波長を定義している。他の赤外線放射源101は水
の吸収帯域を避けるように選択されて基準波長を定義し
ている。
Since some of the optical elements can be temperature sensitive, the optical configuration is temperature controlled according to conventional methods. A second embodiment of the present invention of a dual wavelength, dual beam device will be described with reference to FIG. Again, the sample cell is part of the device. Two separate infrared radiators 10
0, 101 form an infrared radiator, the radiation from each of which is reflected by lenses 102, 103 into two vertical beams 104,
Collimated to 105. Infrared radiation sources 100, 10
1 is a narrow band type or a broadband infrared radiation source used with a narrow band filter. First infrared radiation source 100
Defines the measurement wavelength with a wavelength selected to match the absorption band of water. The other infrared radiation source 101 is selected to avoid the water absorption band and defines the reference wavelength.

【0021】2つの赤外線放射源100、101は、そ
れらに供給される電流を切り替えオンとオフを交互に切
り替えている。発振器112は矩形波である2つのスイ
ッチング信号113、114を供給し、信号114は信
号113に対し180°位相が反転している。各矩形波
の電圧レベルは、調節可能分圧器115、116を用い
て低減させて、異なる振幅を持つ2つの矩形波信号11
7、118を供給する。信号117、118は2つの赤
外線放射源100、101をドライブするV/Cコンバ
ータ119、120へ供給される。
The two infrared radiation sources 100 and 101 switch the currents supplied to them and switch on and off alternately. The oscillator 112 supplies two switching signals 113 and 114 that are rectangular waves, and the signal 114 is 180 ° out of phase with the signal 113. The voltage level of each square wave is reduced using an adjustable voltage divider 115, 116 to provide two square wave signals 11 with different amplitudes.
7 and 118 are supplied. The signals 117, 118 are provided to V / C converters 119, 120 which drive the two infrared radiation sources 100, 101.

【0022】ビーム104、105は、伝達/反射比が
約1:1のビームスプリッタ106で交差するように配
置されており、各ビーム104、105をほぼ均等にビ
ーム107、108に分割する。2つの赤外線ビーム1
08の1つは、測定するガスを含む水蒸気で満ちたサン
プルセル109を通過し、レンズ110により赤外線検
出器111上の点にコリメートされる。放射ビーム10
8はサンプルセル109を通して複数回反射し、水蒸気
により放射吸収を増加させる。赤外線検出器111から
の信号は、プリアンプ121により増幅して検出信号1
22を出力する。ロックイン増幅器123は同期して検
出信号を検出し、絶対湿度に比例する出力信号124を
出力する。同期信号は発振器112によりロックイン増
幅器123へ供給される。出力信号124は信号処理お
よびディスプレイ回路125で処理され、絶対湿度の大
きさを示す。
The beams 104, 105 are arranged to intersect at a beam splitter 106 having a transmission / reflection ratio of about 1: 1 and split each beam 104, 105 into beams 107, 108 substantially evenly. Two infrared beams 1
One of the 08 passes through a sample cell 109 filled with water vapor containing the gas to be measured and collimated by a lens 110 to a point on the infrared detector 111. Radiation beam 10
8 reflects multiple times through the sample cell 109, increasing the radiative absorption due to water vapor. The signal from the infrared detector 111 is amplified by the preamplifier 121 and the detected signal 1
22 is output. The lock-in amplifier 123 synchronously detects the detection signal and outputs an output signal 124 proportional to the absolute humidity. The sync signal is provided to the lock-in amplifier 123 by the oscillator 112. The output signal 124 is processed by the signal processing and display circuit 125 to indicate the magnitude of absolute humidity.

【0023】この実施例の赤外線放射源100、101
は2つの異なった波長を持ち交互にオン、オフが切り替
えられる2つの異なった放射ビーム104、105を生
成する。各波長の順次ゲートのこの形態は第1の実施例
で用いられた回転デュアルセグメント・フィルタ・アセ
ンブリと同じである。各放射ビーム104、105の出
力強度は各調節可能分圧器105,106により決定さ
れる。調節可能分圧器115、116は、サンプルセル
109に水蒸気が存在しないとき信号122の2つの交
代レベルが等しくなるように調整される。装置は「バラ
ンス」がとれていると見なされ、ロックイン増幅器12
3の出力はゼロになる。次に、サンプルセル109に入
る水蒸気は信号122の2つの交代レベルを異なったも
のにし、ロックイン増幅器124の出力124を絶対湿
度に比例させる。
Infrared radiation sources 100, 101 of this embodiment
Produces two different radiation beams 104, 105 which have two different wavelengths and which are switched on and off alternately. This form of sequential gate for each wavelength is the same as the rotating dual segment filter assembly used in the first embodiment. The output intensity of each radiation beam 104, 105 is determined by each adjustable voltage divider 105, 106. Adjustable voltage dividers 115, 116 are adjusted so that the two alternating levels of signal 122 are equal when water vapor is not present in sample cell 109. The device is considered "balanced" and lock-in amplifier 12
The output of 3 becomes zero. The water vapor entering the sample cell 109 then causes the two alternating levels of the signal 122 to differ, making the output 124 of the lock-in amplifier 124 proportional to absolute humidity.

【0024】この実施例の改良において、赤外線放射源
の出力を安定させる手段が提供されている。レンズ12
6は第2の赤外線検出器127上の点に放射ビーム10
7の焦点を結ぶ。赤外線検出器127からの信号はプリ
アンプ128により増幅され、ロックイン増幅器129
により同期して検出され、サンプルセルに入る前の2つ
の波長のアンバランスの大きさである信号130を供給
する。信号130は各赤外線放射源100、101へ供
給される電流量を制御して、2つの放射ビーム104、
105の比を一定に保つ制御ループで用いられる。この
ように、赤外線湿度センサのキャリブレーションは延長
される。なぜなら、赤外線放射源100、101の放射
出力のどのような変動も信号130のバランスを変え、
赤外線放射源100、101へ供給される電流を調整し
て、その結果、放射出力は前のように同じになる。この
概念は、回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブ
リの前に放射経路へ第2の赤外線検出器を挿入して、単
一赤外線放射源の電源へフィードバックする第1の実施
例でも用いることができる。
In a refinement of this embodiment, means are provided for stabilizing the output of the infrared radiation source. Lens 12
6 is a radiation beam 10 at a point on the second infrared detector 127.
Focus on 7. The signal from the infrared detector 127 is amplified by the preamplifier 128, and the lock-in amplifier 129
Provides a signal 130 that is the magnitude of the imbalance of the two wavelengths prior to entering the sample cell, detected synchronously by. The signal 130 controls the amount of current supplied to each infrared radiation source 100, 101 to provide two radiation beams 104,
Used in a control loop that keeps the ratio of 105 constant. In this way, the calibration of the infrared humidity sensor is extended. Because any variation in the radiation output of the infrared radiation sources 100, 101 will change the balance of the signal 130,
The current supplied to the infrared radiation sources 100, 101 is adjusted so that the radiation output is the same as before. This concept can also be used in the first embodiment in which a second infrared detector is inserted in the radiation path before the rotating dual segment filter assembly to feed back to the power source of a single infrared radiation source.

【0025】上述した第2と第3実施例の適切なサンプ
ルセルを図6と8に示す。図6にユーザによる矢印14
0で示す方向への移動に応答して、赤外線湿度センサ・
ユニット139をはめ込むことができる装着可能サンプ
ルセル138の外観図である。装着可能サンプルセルの
利点は、サンプルセルが汚染されたとき、汚染された役
に立たないサンプルセルの洗浄に時間を費やすことなく
新しいサンプルセルに交換できることである。これは医
学分野の応用において特に重要である。
Suitable sample cells for the second and third embodiments described above are shown in FIGS. The arrow 14 by the user is shown in FIG.
In response to the movement in the direction indicated by 0, the infrared humidity sensor
It is an external view of a wearable sample cell 138 into which a unit 139 can be fitted. The advantage of the attachable sample cell is that when the sample cell is contaminated, it can be replaced with a new sample cell without spending time cleaning the contaminated useless sample cell. This is especially important in medical applications.

【0026】医療用呼吸回路で赤外線湿度センサを用い
るとき、呼吸回路に存在する可能性のある水が光学経路
を妨害しないように、あるいはサンプルセルの窓に沈澱
しないように注意しなければならない。これは凝結を防
ぐためにサンプルセルを加熱して、またはサンプルセル
の窓の周囲に水バッフルか水バイパス・チューブを用い
て、あるいは空気と湿度は通すが水は通さない多孔質膜
を光経路の周囲に用いて防ぐことができる。
When using an infrared humidity sensor in a medical breathing circuit, care must be taken that water that may be present in the breathing circuit does not interfere with the optical path or settle in the window of the sample cell. This can be accomplished by heating the sample cell to prevent condensation, or by using a water baffle or water bypass tube around the sample cell window, or through a porous membrane that allows air and humidity but not water to pass through. Can be used around to prevent.

【0027】図7に長方形の中心部とそれぞれの端にガ
ス入出口131、132を持つチューブとして形成され
るサンプルセルを示す。これらのはガス入出口は、標準
的な医療用呼吸回路コネクタを備えているので、サンプ
ルセルを医療用呼吸回路に接続することができる。測定
するガスはガス入出口131、132を通してサンプル
セルから入出力できる。赤外線放射は窓133、132
を通してサンプルセルを通過させることができる。バッ
フル135、136は窓133、134の周囲に設けら
れており、これらのバッフルはガス入出口131、13
2を通して窓133、134へ水が流れるのを多少防止
する。実際、この水は窓の周囲に送られガス入出口13
1、132を通して強制的に排出される。水バッフルの
代わりに、水をサンプルセルの窓の周囲を通過させるた
めに用いている。
FIG. 7 shows a sample cell formed as a tube having a rectangular central portion and gas inlets / outlets 131 and 132 at each end. These gas inlets and outlets are equipped with standard medical breathing circuit connectors so that the sample cell can be connected to the medical breathing circuit. The gas to be measured can be input and output from the sample cell through the gas inlets and outlets 131 and 132. Infrared radiation is on windows 133 and 132
Through the sample cell. Baffles 135 and 136 are provided around the windows 133 and 134, and these baffles are used for gas inlet / outlet 131, 13
It prevents water from flowing to the windows 133 and 134 through 2. In fact, this water is sent around the window and the gas inlet / outlet 13
It is forcibly discharged through 1, 132. Instead of a water baffle, water is used to pass around the window of the sample cell.

【0028】サンプルセルは赤外線湿度センサ・ユニッ
ト139の一部であるヒータ137によって全体的に加
熱される。このヒータはサンプルセルが赤外線湿度セン
サ中に挿入されたとき、サンプルセル138と接触す
る。ヒータ137の目的は、サンプルセルのどこかに凝
結するのを防ぐことである。ヒータへ供給される電源量
は、サンプルセルを通過する空気がサンプルセルによっ
て加熱や冷却されないように注意深く調節される。同一
温度でサンプセルから入出力する空気は重要である。な
ぜなら、センサが温度を変更すると湿度センサが測定し
ようとする装置を変更するからである。
The sample cell is entirely heated by a heater 137 which is part of the infrared humidity sensor unit 139. This heater contacts the sample cell 138 when the sample cell is inserted into the infrared humidity sensor. The purpose of the heater 137 is to prevent condensation anywhere on the sample cell. The amount of power supplied to the heater is carefully adjusted so that the air passing through the sample cell is not heated or cooled by the sample cell. Air entering and exiting the sump cell at the same temperature is important. The reason is that when the sensor changes the temperature, the humidity sensor changes the device to be measured.

【0029】空気を媒介とする粒子とサンプルセルの窓
ヘ滴り落ちる水滴を防ぐことも必要である。これを防ぐ
ため図8に示すように「数珠形路」バッフルを用いるこ
とができる。このサンプルセルは図7に示すように同じ
タイプであるが、追加のバッフル141、142を備え
ている。これらのバッフルは空気をこの周囲で強制的に
移動させ、どのような大きな水粒子もこのバッフル表面
へ落下させる。
It is also necessary to prevent airborne particles and water droplets dripping onto the window of the sample cell. To prevent this, one can use a "beaded" baffle as shown in FIG. This sample cell is of the same type as shown in Figure 7, but with additional baffles 141,142. These baffles force the air to move around it, causing any large water particles to drop onto the baffle surface.

【0030】赤外線ガス分析器のサンプルセルの窓を清
潔に保ち、正常に動作させることは非常に重要である。
これを支援するため、センサユニットへサンプルセルを
はめ込む前に取り外す窓カバーが設けられている。これ
は取扱中に発生する可能性のある不注意による指紋、ほ
こり、引っ掻き傷を防ぐ。赤外線湿度センサを使用する
前に、乾いた空気で充満させたサンプルセルでキャリブ
レートする必要がある。これは各サンプルセルが異なっ
た赤外線伝達特性を持つため必要である。これを乾いた
空気の流動源で行うには、実際常に便利であると限らな
いので、終端キャップで完全にサンプルセルを密封し、
乾いた空気を充満させてユーザに提供することを推奨す
る。このことはユーザがサンプルセルを赤外線湿度セン
サに装着して、キャリブレーションを実行し、湿度セン
サを正確に動作させるため終端キャップを取り外さなけ
ればならないことを意味する。
It is very important to keep the window of the sample cell of the infrared gas analyzer clean and in good working order.
To assist this, a window cover is provided that is removed prior to fitting the sample cell into the sensor unit. This prevents inadvertent fingerprints, dust and scratches that may occur during handling. Before using the infrared humidity sensor, it must be calibrated with a sample cell filled with dry air. This is necessary because each sample cell has different infrared transmission characteristics. It is not always always convenient to do this with a source of dry air, so the end cap completely seals the sample cell,
It is recommended to fill the dry air and provide it to the user. This means that the user must attach the sample cell to the infrared humidity sensor, perform a calibration, and remove the end cap for the humidity sensor to operate correctly.

【0031】[0031]

【発明の効果】赤外線ガス分析器は、ガス中に置かれた
サンプルセルと、サンプルセルを通過する選択した波長
の赤外線放射源と、サンプルセルを通過した赤外線を受
光する赤外線検出器とからなり、医療用呼吸回路での湿
度センサとしての用途に適している。
The infrared gas analyzer comprises a sample cell placed in a gas, an infrared radiation source of a selected wavelength that passes through the sample cell, and an infrared detector that receives the infrared radiation that passes through the sample cell. Suitable for use as a humidity sensor in medical breathing circuits.

【0032】本発明は、従来の装置に比較し、放射窓へ
の水の沈澱と凝結の低減、高速応答時間と空気の移動や
ガス成分の変化に感応しないなどの顕著な効果を有す
る。
The present invention has remarkable effects as compared with the conventional device, such as reduction of precipitation and condensation of water on the radiation window, high-speed response time and insensitivity to movement of air and changes in gas components.

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

【図1】加湿装置の外観を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a humidifying device.

【図2】本発明の第1実施例による赤外線ガス分析器の
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of an infrared gas analyzer according to a first embodiment of the present invention.

【図3】図2に示す赤外線ガス分析器の回転デュアルセ
グメント・フィルタ・アセンブリの平面図を示す図であ
る。
3 is a plan view of the rotating dual segment filter assembly of the infrared gas analyzer shown in FIG. 2. FIG.

【図4】図2に示す赤外線ガス分析器の赤外線検出器の
出力波形を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an output waveform of an infrared detector of the infrared gas analyzer shown in FIG.

【図5】本発明の第2実施例の赤外ガス分析器のブロッ
ク図を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a block diagram of an infrared gas analyzer according to a second embodiment of the present invention.

【図6】赤外線ガス分析器ユニットと脱着可能サンプル
セルの外観を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the appearance of an infrared gas analyzer unit and a removable sample cell.

【図7】サンプルセルの第1形態の縦方向の断面図であ
る。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the first form of the sample cell.

【図8】サンプルセルの第2形態の縦方向の断面図であ
る。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of a second form of the sample cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…底部 3…ヒータプレート 4…チェンバ 5,131…ガス入口 6,132…ガス出口 7…呼吸用導管 8…呼吸用導管端 9…加熱素子 61…単一複数波長赤外線放射源 62,68,102,103,110,126…レンズ 63…回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ 64…モータ 65,109,138…サンプルセル 67…ミラー 69,111,127…赤外線検出器 70,121,128…プリアンプ 72,123,129…ロックイン増幅器 73,125…信号処理およびディスプレイ回路 74…位置センサ 75…マーク 76…フェーズロックド・ループ 78…可変位相遅延回路 81…位相コンパレータ 82,112…発振器 83…ループ・フィルタ 84…増幅器 85,86…バンドパス干渉フィルタ 87…V/C(電圧/電流)コンバータ 90…スイッチ 91,115,116…調節可能分圧器 92…フィルタ 93…フィルタ・ホルダ 94…リブ 100,101…赤外線放射源 106…ビームスプリッタ 133,134…窓 135,136,141,142…バッフル 137…ヒータ 139…赤外線湿度センサ・ユニット 2 ... Bottom 3 ... Heater plate 4 ... Chamber 5,131 ... Gas inlet 6,132 ... Gas outlet 7 ... Breathing conduit 8 ... Breathing conduit end 9 ... Heating element 61 ... Single multiple wavelength infrared radiation source 62,68, 102, 103, 110, 126 ... Lens 63 ... Rotation dual segment filter assembly 64 ... Motor 65, 109, 138 ... Sample cell 67 ... Mirror 69, 111, 127 ... Infrared detector 70, 121, 128 ... Preamplifier 72, 123,129 ... Lock-in amplifier 73, 125 ... Signal processing and display circuit 74 ... Position sensor 75 ... Mark 76 ... Phase locked loop 78 ... Variable phase delay circuit 81 ... Phase comparator 82, 112 ... Oscillator 83 ... Loop filter 84 ... Amplifier 85,86 ... Band pass interference filter 8 ... V / C (voltage / current) converter 90 ... Switch 91, 115, 116 ... Adjustable voltage divider 92 ... Filter 93 ... Filter holder 94 ... Rib 100, 101 ... Infrared radiation source 106 ... Beam splitter 133, 134 ... Window 135, 136, 141, 142 ... Baffle 137 ... Heater 139 ... Infrared humidity sensor unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ジョン シーキンズ ニュージーランド国,オークランド,パン ミュア,カーバイン ロード 25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Paul John Seekins New Zealand, Auckland, Panmuir, Carvine Road 25

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 赤外線ガス分析器は、 少なくとも2つの選択した波長を持つ赤外線を発生する
赤外線放射器(61,100,101)と、 測定波長を構成するため選択したガスにより強力に吸収
される第1の選択波長および基準波長を構成するため前
記選択したガスによる吸収量を最小化するように選択さ
れた第2の選択波長と、 ガスのサンプルセルであって、前記サンプルセルを通っ
て赤外線が伝播し、使用中の前記ガスが通過するもの
(65,109)と、 前記選択した赤外線の検出に適した赤外線検出器(6
9,111)と、 前記赤外線放射源と前記赤外線検出器の中間に配置され
た前記サンプルセルを介して前記赤外線放射器と前記赤
外線検出器の間の放射経路を形成する放射経路決定手段
(62,67,68,102,106,110)と、 前記第1と前記第2の選択波長を放射経路へ交互に出力
し、前記サンプルセル(65,109)を通して前記赤
外線検出器(69,111)へ送るゲート手段(63,
118,119)と、 前記ゲートの切り換えに用いる同期信号(79,11
3)を発生する同期信号発生手段(74,75,11
2)と、 前記赤外線検出器(69,111)の出力および前記赤
外線検出器から前記サンプルセルを通過するガスの選択
した濃度に比例する信号に変換するロックイン増幅器
(72,123)と、 前記赤外線放射器への電源(81A,112)と、 2つのレベル間で前記電源出力と切り替える切り替え手
段(90,112,115,116)と、を備え、前記
切り替え手段は前記同期信号(79,113)に同期し
て制御され、前記レベルは、前記サンプルセル(65,
109)の前記選択したガスの濃度がゼロになったと
き、赤外線検出器(69,111)からの出力信号の振
幅を一定にするため予め決定されている、赤外線ガス分
析器。
1. An infrared gas analyzer comprises an infrared radiator (61, 100, 101) which emits infrared radiation having at least two selected wavelengths and is strongly absorbed by the selected gas to constitute the measurement wavelength. A second selected wavelength selected to minimize absorption by the selected gas to form a first selected wavelength and a reference wavelength; and a sample cell of gas, the infrared ray passing through the sample cell. (65, 109) through which the gas in use passes and an infrared detector (6) suitable for detecting the selected infrared rays.
9, 111), and a radiation path determining means (62) for forming a radiation path between the infrared radiator and the infrared detector through the sample cell arranged between the infrared radiation source and the infrared detector. , 67, 68, 102, 106, 110) and the first and second selected wavelengths are alternately output to a radiation path, and the infrared detector (69, 111) passes through the sample cell (65, 109). Gate means (63,
118, 119) and a synchronization signal (79, 11) used for switching the gate.
3) generating synchronization signal generating means (74, 75, 11)
2), a lock-in amplifier (72, 123) for converting the output of the infrared detector (69, 111) and a signal proportional from the infrared detector to a selected concentration of gas passing through the sample cell, A power supply (81A, 112) to the infrared radiator and switching means (90, 112, 115, 116) for switching between the two levels and the power supply output are provided, and the switching means comprises the synchronization signal (79, 113). ) In synchronization with the sample cell (65,
109) An infrared gas analyzer, which is predetermined to make the amplitude of the output signal from the infrared detector (69, 111) constant when the concentration of the selected gas in (109) becomes zero.
【請求項2】 請求項1に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、前記赤外線放射器は、 前記選択した少なくとも2つの波長を発生する単一赤外
線放射源(61)と、 測定波長と基準波長の赤外線を交互に伝達できる前記サ
ンプルセル(65)の以前の前記放射経路(99)に配
置されている回転デュアルセグメント・フィルタ・アセ
ンブリ(63)と、を備え、同期信号を発生する前記同
期信号発生手段は、前記放射経路(99)を通過する前
記回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリの2
つのセグメント間の遷移を検知し、これらの遷移を示す
電気信号を発生する位置センサ(74)と、を備える赤
外線ガス分析器。
2. The infrared gas analyzer according to claim 1, wherein the infrared radiator comprises a single infrared radiation source (61) for generating the selected at least two wavelengths, and an infrared ray having a measurement wavelength and a reference wavelength. A rotating dual segment filter assembly (63) located in the radiation path (99) before the sample cell (65) capable of alternately transmitting the sync signal generating means for generating a sync signal. 2 of the rotating dual segment filter assembly passing through the radiation path (99)
An infrared gas analyzer comprising a position sensor (74) for detecting transitions between two segments and generating an electrical signal indicative of these transitions.
【請求項3】 請求項2に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、前記位置センサの出力は、フェーズロックド・ル
ープ(76)へ供給されて50%のデューティ・サイク
ルを持つ信号を発生し、前記同期信号(79)を発生す
るため可変位相遅延回路(78)へ順に供給される赤外
線ガス分析器。
3. The infrared gas analyzer according to claim 2, wherein the output of the position sensor is supplied to a phase locked loop (76) to generate a signal having a duty cycle of 50%, An infrared gas analyzer which is in turn fed to a variable phase delay circuit (78) to generate a synchronization signal (79).
【請求項4】 請求項2または3のいずれかに記載の赤
外線ガス分析器において、 回転デュアルセグメント・フィルタ・アセンブリ(6
3)のフィルタ以外の要素(94)が放射経路を通過し
たとき、遮断間隔を検出する検出手段と、 前記遮断期間中に赤外線検出器の出力から信号へゼロ信
号を挿入するゲート手段(7A)と、を備える赤外線ガ
ス分析器。
4. The infrared gas analyzer according to claim 2, wherein the rotating dual segment filter assembly (6).
Detection means for detecting the interruption interval when the element (94) other than the filter of 3) passes through the radiation path, and gate means (7A) for inserting a zero signal from the output of the infrared detector into the signal during the interruption period. And an infrared gas analyzer comprising.
【請求項5】 請求項4に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、検出した遮断期間中の遮断期間の直前のレベルで
赤外線検出器からの信号を保持するゲート手段(70
A)を備える赤外線ガス分析器。
5. The infrared gas analyzer according to claim 4, wherein the gate means holds the signal from the infrared detector at a level immediately before the cutoff period during the detected cutoff period.
An infrared gas analyzer comprising A).
【請求項6】 請求項1に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、前記赤外線放射器は、 前記選択した第1の波長の赤外線の第1の赤外線放射源
(100)と、 前記選択した第2の波長の赤外線放射の第2の赤外線放
射源(101)と、 前記第1の赤外線放射源からの放射と前記第2の赤外線
放射源からの放射を結合する前記サンプルセルの前の前
記放射経路の放射結合手段(106)と、を備え、 前記電源は、前記第1の赤外線放射源への切り替えられ
た第1の電源(119)と、 赤外線の第2の放射源への切り替えられた第2の電源
(120)と、を備え、 前記スイッチング手段(112)は、赤外線の第1と第
2の放射源をそれぞれ交互に起動するため、前記第1と
第2の電源の出力を交互に切り替え、前記同期信号と位
相を同期させ、前記同期信号は電子的発振器(112)
により発生する、赤外線ガス分析器。
6. The infrared gas analyzer according to claim 1, wherein the infrared radiator comprises a first infrared radiation source (100) for infrared radiation of the selected first wavelength, and the selected second infrared radiation source (100). A second infrared radiation source (101) of infrared radiation of a wavelength, of the radiation path in front of the sample cell for combining radiation from the first infrared radiation source and radiation from the second infrared radiation source. Radiative coupling means (106), wherein the power source is a first power source (119) switched to the first infrared radiation source and a second power source switched to a second infrared radiation source. The switching means (112) alternately activates the first and second infrared radiation sources, and alternately switches the outputs of the first and second power sources. , Synchronize the phase with the synchronization signal, The synchronization signal is an electronic oscillator (112)
Generated by an infrared gas analyzer.
【請求項7】 請求項6に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、前記放射結合手段は、 結合の後続放射経路(107)をドライブする放射スプ
リット手段を備え、前記赤外線ガス分析器はさらに、前
記後続放射経路に配置されている第2の赤外線検出器
(127)と、 前記第2の赤外線検出器の出力から供給される第2のロ
ックイン増幅器(129)と第1と第2の赤外線放射源
(100,101)によりそれぞれ発生された放射強度
のアンバランスを示す信号(130)を発生する前記同
期信号(113)を備え、第1と第2の赤外線放射源か
らの放射強度比を一定に保つ両電源を制御する前記アン
バランス信号(130)への応答手段と、を備える赤外
線ガス分析器。
7. Infrared gas analyzer according to claim 6, wherein said radiative coupling means comprises radiative splitting means for driving a subsequent radiative path (107) of the coupling, said infrared gas analyzer further comprising: A second infrared detector (127) arranged in the radiation path, a second lock-in amplifier (129) supplied from the output of the second infrared detector, a first and a second infrared radiation source The synchronization signal (113) for generating the signal (130) indicating the imbalance of the radiation intensity generated by each of (100, 101) is provided, and the radiation intensity ratio from the first and second infrared radiation sources is made constant. Means for responding to the unbalanced signal (130) controlling both power supplies to be maintained.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1つに記載の赤
外線ガス分析器において、医療用呼吸回路を流れるガス
またはガス混合物の湿度を測定する装置を備え、水の侵
入またはサンプルセルに生ずる水を防止する防水手段
(135,136,137,141,142)をさらに
含み、前記防水手段は前記サンプルセルの周囲に設けら
れているヒータ(137)を備える赤外線ガス分析器。
8. The infrared gas analyzer according to claim 1, further comprising a device for measuring a humidity of a gas or a gas mixture flowing through a medical breathing circuit, which is used for intrusion of water or a sample cell. An infrared gas analyzer further comprising waterproofing means (135, 136, 137, 141, 142) for preventing water from being generated, said waterproofing means comprising a heater (137) provided around said sample cell.
【請求項9】 請求項8に記載の赤外線ガス分析器にお
いて、前記サンプルセルは、少なくとも1つの放射透過
窓(133、134)を備え、前記防水手段は、窓表面
に水が接触するのを防ぐため前記少なくとも1つの窓の
周囲のサンプルセルに配置されているバッフル(13
5,136)を含む赤外線ガス分析器。
9. An infrared gas analyzer as claimed in claim 8, wherein the sample cell comprises at least one radiation transmission window (133, 134) and the waterproofing means prevents water from contacting the window surface. A baffle (13) disposed in the sample cell around the at least one window to prevent
5, 136) including an infrared gas analyzer.
【請求項10】 請求項9に記載の赤外線ガス分析器に
おいて、バッフルの第2セット(141,142)は、
前記窓表面を横断する前に、ガスが通過しなければなら
ない迷路状の経路を形成するため前記サンプルセルに配
置され、それにより、前記ガス中に含まれている水を誘
導して前記バッフルの第2セットの上へ沈澱させる赤外
線ガス分析器。
10. The infrared gas analyzer according to claim 9, wherein the second set of baffles (141, 142) comprises:
Prior to traversing the window surface, it is placed in the sample cell to form a labyrinthine path through which gas must pass, thereby guiding the water contained in the gas to guide the baffle. Infrared gas analyzer for precipitation onto the second set.
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