KR20040094812A - 고감도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

피측정 물질에 소정의 시간차를 두고 접하여 동일한 특성을 검출하는 적어도2개의 센서를 마련하고, 각 센서로부터 동시에 취출한 검출 신호의 차분을 얻어 상기 검출 신호의 차분으로부터 상기 소정의 시간차 경과에 있어서의 특성치의 차분을 얻고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치를 설정하여 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 한 시간축을 설정하고, 기준 시각으로부터 임의의 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치를 얻도록 한 고감도 측정 장치이다. 이 측정 장치에 의해, 대상이 되는 측정 특성을 차분이나 변화분으로 하는 것이 아니라, 절대치로서 고정밀도이면서 고감도로 검출할 수 있다.

Description

고감도 측정 장치 {HIGH-SENSITIVITY MEASURING INSTRUMENT}

피측정 물질의 특성으로서, 예를 들어 전기 전도도는 특히 수용액 중에서 이동 가능한 이온 농도의 측정을 위한 척도로서 이용되어 있고, 전기 전도도 측정 장치가 많은 수용액 중 이온 농도의 측정에 이용되어 있다. 일반적으로, 전기 전도도 측정 장치는 검출용 전극과 전원으로부터의 전류 공급용 전극 사이의 저항치를 측정함으로써, 피측정 수용액 중 이온 농도의 증감을 측정하도록 되어 있다.

종래의 전기 전도도 측정 장치를 이용하여 전기 전도도의 변화나 복수의 측정 부위의 전기 전도도의 차를 측정하고자 하는 경우에 있어서, 그 변화나 차가 측정되어 있는 전기 전도도의 절대치에 비해 미소한 것인 경우, 측정 범위가 비교적 큰 전기 전도도의 절대치에 대해 조정되어 있으므로, 미소한 변화나 차의 측정은 매우 곤란하거나 혹은 그 측정 데이터는 신뢰성이 낮은 것으로 되어 있다. 그러나 현실적으로는 이러한 위치적으로 혹은 시간적으로 다른 2개의 혹은 복수의 측정점사이가 미소한 차나 변화를 측정하고 싶다는 요구는 수많이 있으며, 그와 같은 미소한 차나 변화를 신뢰성 높게 고정밀도이면서 고감도로 측정할 수 있으면, 그 용도는 매우 넓다고 생각된다.

그래서 먼저 본 출원인에 의해, 상기한 바와 같은 요망을 충족시키기 위해 수용액 등의 피측정 물질 특성의 변화를 정밀도 좋게 추출 및 측정할 수 있는 장치로서, 다원 전기 전도도 측정 장치가 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2001-311710호 공보). 이 다원 전기 전도도 측정 장치는 피측정 물질에 접하는 적어도 2개의 전극을 갖는 전기 전도도 측정 셀을 적어도 2개 갖고, 상기 전기 전도도 측정 셀을 각 전기 전도도 측정 셀로부터의 검출 신호 자신을 적어도 가산 및 감산 중 어느 하나의 처리가 가능하도록 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 것으로 이루어지고 있다.

이 장치에 있어서는, 각 전기 전도도 측정 셀로부터의 검출 신호 자신에 대해, 즉 동시에 취출된 검출 신호 자신에 대해 가산 및 감산 등의 전기적인 처리가 행해지고, 처리 후의 신호가 필요에 따라서 폭을 늘리는 등으로 되어 각 전기 전도도 측정 셀 사이의 측정 전기 전도도의 차나 변화분으로서 출력된다. 동시에 취출된 검출 신호의 차분이 출력되기 때문에, 각 전기 전도도 측정 셀에 공통으로 생긴 노이즈 등을 소거하여 높은 S/N비의 변화를 파악할 수 있게 되고, 폭을 늘리는 등에 의해 차나 변화분만을 고정밀도로 출력시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 종래의 전기 전도도 측정 장치를 간단히 복수개 배치하여 이들로부터의 측정 데이터의 차나 변화분을 얻는 구성과는 달리, 위치적으로 혹은 시간적으로 다른 복수의측정점 사이의 전기 전도도가 미소한 차나 변화를 신뢰성 높게 고정밀도이면서 고감도로 측정할 수 있다.

상기한 일본 특허 공개 제2001-311710호 공보에 기재된 발명은, 전기 전도도의 측정에 관해서 제안된 것이지만, 적어도 2개의 센서로부터 동시에 취출된 검출 신호의 차분을 출력시킴으로써, 측정 대상이 되는 특성의 차나 변화를 신뢰성 높게 고정밀도이면서 고감도로 측정한다는 기술은, 기본적으로 모든 특성의 측정에 적용 가능한 것이다.

그러나, 상기 일본 특허 공개 제2001-311710호 공보로 제안된 다원 전기 전도도 측정 장치에 있어서의 지시치는 위치적으로 혹은 시간적으로 다른 복수의 측정점 사이에 있어서의 전기 전도도가 미소한 차나 변화이며, 전기 전도도의 절대치가 아니다. 그런데 현실적으로는, 수용액 중 등의 불순물의 농도 변화를 구하는 경우에 필요로 되는 것은, 전기 전도도의 절대치의 변동인 경우가 많다. 전기 전도도 이외의 다른 특성을 측정하는 경우에도, 특성치의 절대치 변동의 측정이 구해지는 경우가 많다.

본 발명은, 예를 들어 수용액 등의 피측정 물질 특성의 변화를 고감도이면서 고정밀로 검출하고, 그 특성 변화의 검출치를 기초로 하여 그 때의 피측정 물질의 특성치 자체를 고감도이면서 고정밀도로 검출할 수 있도록 한 고감도 측정 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 고감도 측정 장치의 설치예를 나타내는 개략 구성도이다.

도2는 본 발명의 일실시 형태에 관한 고감도 측정 장치의 다른 설치예를 나타내는 개략 구성도이다.

도3은 도1, 도2의 장치에 있어서의 신호 처리 장치 내에 설치된 다원 전기 전도도 측정 장치의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도4는 도1, 도2의 장치에 있어서의 신호 처리 장치 내에 설치된 다원 전기 전도도 측정 장치의 다른 구성예를 나타내는 회로도이다.

도5는 본 발명에 관한 고감도 측정 장치의 성능을 확인하기 위해 행한 시험의 결과를 나타내는 차트이다.

도6은 본 발명에 관한 고감도 측정 장치의 성능을 확인하기 위해 행한 다른 시험의 결과를 나타내는 차트이다.

그래서, 본 발명의 목적은 상기 일본 특허 공개 제2001-311710호 공보로 제안된 기술에 의해 피측정 물질의 특성이 미소한 차나 변화를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 데 주목하여 그 기술의 존재를 전제로 하고, 또한 차나 변화가 아닌 대상이 되는 특성의 측정치를, 바람직하게는 그 절대치를 고정밀도이면서 고감도로 검출할 수 있는 측정 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 고감도 측정 장치는 피측정 물질에 소정의 시간차를 두고 접하여 동일한 특성을 검출하는 적어도 2개의 센서를 마련하고, 각 센서로부터 동시에 취출한 검출 신호의 차분을 얻어 상기 검출 신호의 차분으로부터 상기 소정의 시간차 경과에 있어서의 특성치의 차분을 얻고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치를 설정하여 상기 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 한 시간축을 설정하고, 상기 기준 시각으로부터 임의의 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치를 얻는 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.

상기 고감도 측정 장치에 있어서는, 어느 시각에 있어서의 측정치만을, 기준 시각에 있어서의 기준 특성치에 그 기준 시각으로부터의 변화분을 가미한 값으로서 얻는 것도 가능하고, 또한 상기 측정치를 기준 시각으로부터의 각 시간 눈금 경과 시점마다의 시계열 데이터로서 얻을 수도 있다.

또한, 상기 측정치를 시계열 데이터로서 얻는 경우에는, 시간 눈금 위치가 상기 소정의 시간차 내에 있을 때 계열 데이터를 포함하는 복수의 시계열 데이터군으로 구성할 수도 있다. 이와 같이 하면, 복수의 시계열 데이터군은 시간축 방향으로, 상기 소정의 시간차보다도 작은 피치로, 각 시간 눈금 경과 시점마다의 측정치를 출력하는 것이 가능해져, 측정치의 변화를 마치 연속적인 변화로서 파악하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 고감도 측정 장치에 있어서는 기준 시각에 있어서의 기준 특성치를 설정하는 것이 필요하지만, 이 기준 특성치의 설정 방법으로서는 각종의 방법을취할 수 있다. 예를 들어, 참조용의 피측정 물질을 접하게 하고, 이 출력치를 상기 기준 특성치로 설정할 수 있다. 이 경우, 이 참조용의 피측정 물질의 특성치가 기지가 아니라도, 측정 대상의 피측정 물질과 비교하는 데 적절한 참조용의 피측정 물질을 이용함으로써, 참조용의 피측정 물질이 갖는 특성치에 대해 측정 대상의 피측정 물질의 특성치가 어떠한 값이 되어 있는지 측정이 가능해지고, 적어도 참조용의 피측정 물질에 대해 상대 비교치를 얻을 수 있다.

또한, 특성치가 기지의 참조용의 피측정 물질(예를 들어, 초순수 등)을 접하게 하고, 이 출력치가 본 발명에 관한 고감도 측정 장치에 있어서 상기 기지의 특성치가 되도록 상기 기준 특성치를 설정할 수도 있다. 이와 같이 특성치가 기지의 참조용의 피측정 물질을 접하게 함으로써, 기준 특성치를 정밀도 좋게 교정하는 것이 가능해진다.

따라서, 상기와 같이 특성치가 기지가 아닌 참조용의 피측정 물질 혹은 특성치가 기지의 참조용의 피측정 물질을 이용함으로써, 예를 들어 최초로 설정한 기준 특성치에 장시간 경과 중에 드리프트가 생길 우려가 있는 경우에 있어도, 적절한 시간 간격으로 그 드리프트를 수정할 수 있게 되어 항상 고정밀도의 측정이나 모니터링을 행할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 피측정 물질은 특별히 한정되지 않지만, 유체로 이루어지는 경우에 특별히 적용이 용이해진다.

이러한 본 발명에 관한 고감도 측정 장치에 있어서는, 우선 소정의 시간차를 두고 피측정 물질에 접하는 적어도 2개의 센서로부터 동시에 취출한 검출 신호의차분이 출력되기 때문에, 어느 시각에 있어서의, 예를 들어 현 시각에 있어서의 측정 대상이 되는 특성치의 변화분만이 고감도이면서 고정밀도로 검출된다. 여기까지의 기술 사상은 실질적으로 전술한 일본 특허 공개 제2001-311710호 공보로 제안된 것과 동일하다. 본 발명에서는 또한, 상기 검출 신호의 차분으로부터 상기 소정의 시간차 경과에 있어서의 특성치의 차분을 얻을 수 있고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치가 설정되어 상기 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 하여, 기준 시각으로부터 임의의 시간 눈금 경과 시점(즉, 측정치로서의 출력을 얻고 싶은 임의의 시간 눈금 경과 시점)에 있어서의 측정치를 얻을 수 있다. 이 측정치는, 기준 특성치를 기준으로 한 값으로서 얻어져 기준 특성치에 절대치가 설정되어 있으면, 측정치도 특성치의 절대치로 하여 얻어지게 된다. 바꿔 말하면, 기준 시각에 있어서의 기준 특성치에 대해, 상기 고감도이면서 고정밀도로 검출된 특성의 상기 소정의 시간차에 있어서의 시간 변화분이 가미되어, 최종적으로 출력되는 신호는 이 시간 변화분을 정확하게 검지한 특성의 절대치 변동동을 나타내게 되고, 목표로 하는 절대치 자체의 검출을 고감도이면서 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.

즉, 본 발명에 관한 고감도 측정 장치에 따르면, 피측정 물질 특성의 변동을 특히 절대치로 하여 고감도이면서 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다. 따라서, 범용성이 있는 측정치의 절대치를 출력할 수 있게 되어, 이 출력을 이용하여 고감도이면서 고정밀도로 특성치의 모니터링을 할 수 있는 동시에, 파형 분석 및 변화분의 시간 적분에 의한 정량 등, 현재 다방면으로 이용되고 있는 일반적인 데이터처리 방법을 적용하여 상세한 정량을 할 수 있게 된다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명에 있어서 측정 대상이 되는 피측정 물질의 특성은 전기 전도도에 한정되지 않고, 실질적으로 모든 특성의 측정에 적용 가능하지만, 이하의 설명은 주로 전기 전도도의 측정인 경우에 대해 서술한다.

도1 및 도2는 본 발명에 관한 고감도 측정 장치를 피측정 물질(4)로서의 관내를 흐르는 유체, 예를 들어 물의 전기 전도도의 측정계에 적용한 경우를 예시하고 있다. 도1에 도시한 고감도 측정 장치(1)에 있어서는, 피측정 물질(4)의 상류측과 하류측에 전기 전도도 검출용의 센서 A(2) 및 센서 B(3)가 마련되고, 센서 A 통과 후의 피측정 물질(4)이 소정 시간 후에 센서 B를 통과하도록 되어 있고, 피측정 물질(4)이 소정의 시간차를 두고 센서 A, B에 접하는 동시에, 양 센서로부터는 동시에 검출 신호를 취출 가능하게 되어 있다. 신호 처리 장치(5)에는, 어느 시각에 있어서 양 센서로부터 동시에 취출한 검출 신호의 차분을 출력하는 것이 가능한 다원 전기 전도도 측정 장치부(도3, 도4에 예시)와, 그 차분을 그 시각과, 그 시각의 상기 시간차 전의 혹은 상기 시간차 후의 시각 사이에 있어서의(즉, 소정의 시간차 경과에 있어서의) 특성치의 차분으로서 이용하고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치를 설정하여 상기 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 한 시간축을 설정하고, 기준 시간으로부터 임의의 어느 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치를 얻는 것이 가능한 연산 처리부가 설치되어 있다.

도2에 도시한 고감도 측정 장치(11)에 있어서는, 동일 부위로부터 샘플링된 전기 전도도의 측정 대상으로서의 샘플수가 센서 A(2)에는 그대로 접하고, 센서 B(3)에 대해서는 시간 조정 가능한 시간 지연 컬럼(12)을 통해 접하도록 되어 있고, 시간 지연 컬럼(12)을 통해 소정의 시간차가 공급되게 되어 있다. 그 밖의 구성은, 실질적으로 도1의 형태와 동일하다

우선, 신호 처리 장치(5)에 설치된 다원 전기 전도도 측정 장치의 구성예에 대해, 도3 및 도4를 참조하여 설명한다. 도3에 도시한 다원 전기 전도도 측정 장치(21)에 있어서는, 피측정 물질에 접하는 적어도 2개의 전극(본 실시 형태에서는 3 전극 구성으로 도시하고 있음)을 갖는 전기 전도도 측정용의 센서 A, B(2, 3)를 적어도 2개 갖고 있다. 각 센서 A, B(2, 3)는, 본 실시 형태에서는 각 센서로부터의 검출 신호 자신이 가산 처리되도록 전기적으로 접속되어 있다.

각 센서 A, B(2, 3)는 전기적으로 병렬로 접속되어 있고, 각 센서의 전류 공급용 전극(22a, 23a)에는, 전원으로서의 교류 발진기(24)로부터 동상의 교류 전류가 공급되어 있다. 각 센서 A, B(2, 3)의 전기 전도도 검출용 전극(22b, 23b)은, 상호 전기적으로 접속되어 양 검출용 전극(22b, 23b)으로부터의 검출 신호 자신의 값이 가산되도록 되어 있다. 그리고 본 실시 형태에서는, 한 쪽의 센서 A(2)의 전류 공급용 전극(22a) 전에 공급되는 교류 전류의 값을 소정의 배율로 곱하거나 혹은 소정의 비율로 나누는 곱셈 또는 나눗셈(25)이 마련되어 있고, 센서 A(2)로 검출 대상이 되는 피측정 물질의 전기 전도도의 레벨을 센서 B(3)의 그에 비해 다르게 할 수 있도록 되어 있다. 즉, 전류 공급용 전극(22a)에 공급하기 전의 교류 전류를 소정의 배율로 폭을 늘리거나 혹은 폭을 줄이는 것이다. 이와 같이 해두면, 소정의 시간차를 두고 각 센서에 접하는 피측정 물질의 전기 전도도의 시간 변화를 최적의 감도로 검출하는 것이 가능해진다.

상기 전기적인 연산 처리가 실시된 신호, 즉 전기 전도도 검출용 전극(22b, 23b)의 접속점으로부터 얻어지는 신호는 하나의 증폭기(26)에 의해 출력 신호로서 적절한 레벨에 폭이 늘어나도록 되어 있다. 이 때, 측정 범위 절환기(27)로 측정 대상에 따라서 최적의 측정 범위를 선택할 수 있게 되어 있다.

증폭기(26)로부터의 신호는, 본 실시 형태에서는 측정 환경에 대한 온도 보상이 온도 보상기(28)로 행해진 후, 동기 정류기(29)로 교류 발진기(24)의 출력측과의 동기가 취해지고, 또한 그 신호가 각종의 제어나 출력의 표시에 최적 레벨의 신호가 되도록, 범위 조정기(30)가 부착된 증폭기(31)로 폭이 늘어나 실제의 출력(32)으로서 취출되게 되어 있다.

도4에 도시한 다원 전기 전도도 측정 장치(41)에 있어서는, 도3에 도시한 형태에 비해 센서 B(3)의 전류 공급용 전극(23a) 전에 공급되는 교류 전류의 값을 소정의 배율로 곱하거나 혹은 소정의 비율로 나누는 곱셈 또는 나눗셈(42)이 마련되어 있고, 센서 B(3)로 검출 대상이 되는 피측정 물질의 전기 전도도의 레벨을, 센서 A(2)의 그에 비해 다르게 할 수 있도록 되어 있다. 그리고 이 곱셈 또는 나눗셈(42)에는, 위상 반전 기능이 부여되어 있다. 즉, 전류 공급용 전극(23a)에 공급하기 전의 교류 전류를 소정의 배율로 폭을 늘리거나 혹은 폭을 줄이는 동시에, 그 공급 교류 전류의 위상을 반전하는 것이다. 이와 같이 해두면, 각 센서 A, B(2, 3)로부터의 검출 신호 자신이 실질적으로 감산되게 되고, 감산 처리된 신호가 증폭기(26)로 이송되게 된다. 그 밖의 구성은 실질적으로 도3에 도시한 것으로 동일하다.

상기한 바와 같은 다원 전기 전도도 측정 장치(21, 41)에 있어서는, 어느 시각에 있어서 센서 A, B(2, 3)로부터의 검출 신호가 동시에 취출되어 동시에 취출된 검출 신호의 차분이 출력되기 때문에, 외란이나 노이즈의 영향을 제거하는 것이 가능해지고, 상기 차분만이 고정밀도이면서 고감도로 출력된다. 본 발명에 있어서는, 이 차분의 출력을 이용하여 신호 처리 장치(5)에 설치된 연산 처리부에 있어서, 다음과 같이 처리된다. 즉, 상기 차분이 소정의 시간차 경과에 있어서의 특성치의 차분으로서 이용되고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치가 설정되어 상기 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 한 시간축이 설정되고, 기준 시간으로부터 임의의 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치를 얻을 수 있다.

이 연산 처리의 기본 개념에 대해 설명한다.

상기에 있어서는, 어느 시각(t)에 있어서의 센서 A의 신호(F_A(t))와 센서 B의 신호(F_B(t))의 신호차(D_A-B(t))를 얻고 있고, 센서 B의 신호(F_B(t))는 소정의 시간차 전의 특성(상기 예에서는, 전기 전도도)의 절대치를 나타내고 있으므로,

F_A(t) = D_A-B(t) + F_B(t) … (1)

이 된다. 또, 실제로는 F_A(t), F_B(t)와 D_A-B(t)는 동렬의 데이터가 아닌 경우가 있고, 연산하는 경우에는 이용 방법에 따라서 서로 환산할 필요가 있지만, 본 발명의 본질에 관하지 않으므로, 여기서는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해 간략하게 표시하는 것으로 하였다.

본 발명자들은, 신호차 D_A-B(t)가 센서 A와 센서 B의 시간차에 대응하고 있는 데 주목하고, 이를 이용하면 센서 단독의 신호, 즉 특성의 절대치에 상당하는 신호를 도출할 수 있는 것은 아닌가라고 생각하였다. 본 발명에 있어서는, 상기 차분,즉, D_A-B(t)가 그 시각과, 그 시각의 상기 시간차 전후의 시각 사이에 있어서, 마치 단일의 가상 센서로 검출한 신호의 시간 변화분으로서 취급된다. 즉, 센서 A와 센서 B 사이에서의 소정의 시간차를 DT라 하면, D_A-B(t)가 DT 경과에 있어서의 특성치의 차분으로서 이용된다. 이 DT를 시간 눈금의 피치로 하여 시간축을 설정하고, 미리 설정된 기준 시각에 있어서의 기준 특성치에 대해, 기준 시각으로부터 임의로 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치가, 하기와 같이 연산된다.

센서 A와 센서 B 사이에 있어서의 소정의 시간차 DT를 사용하여 F_A와 F_B와의 관계를 나타내면,

F_B(t) = F_A(t - DT) … (2)

가 되고, 식 (1)과 식 (2)로부터,

F_A(t) = D_A-B(t) + F_A(t - DT) … (3)

이 된다. 즉, 임의의 시각(t)에 있어서의 센서 A의 신호(F_A(t))는 센서 A의 DT 시간 전의 신호 F_A(t - DT)로, 시각(t)에 있어서의 센서 A와 센서 B의 신호차(D_A-B(t))를 가한 것이 된다. 이에 의해, 수학식 (3)에 의한 값은 마치 단일의 가상 센서로 검출한 특성치의 절대치 신호로서 취급할 수 있게 된다.

또한, F_A(t - DT) = D_A-B(t - DT) + F_A(t - 2DT)가 되므로,

F_A(t) = D_A-B(t) + D_A-B(t - DT) + F_A(t - 2DT)

가 된다. 또한,

F_A(t - 2DT) = D_A-B(t - 2DT) + F_A(t - 3DT)가 되므로,

F_A(t) = D_A-B(t) + D_A-B(t - DT) + D_A-B(t - 2DT) + F_A(t - 3DT)

가 된다. 마찬가지로 반복하면,

F_A(t) = (D_A-B(t) + D_A-B(t - DT) + D_A-B(t - 2DT) + … + D_A-B(t - nDt)) + F_A(t - (n + 1) DT)

가 된다.

여기서, (D_A-B(t) + D_A-B(t - DT) + D_A-B(t - 2DT) + … + D_A-B(t - nDt))는 일반식으로서 D_A-B(t - iDT)(i = 0 내지 n, n은 이전의 어느 기준 시각에 이르기까지의 DT의 수)의 신호차를 DT 시간 눈금으로 적산함으로써 얻어지지만, 어디까지 오르더라도 마지막으로는 F_A(t - (n + 1) DT)가 남아 버린다. 그로 인해, 본 발명자들은 F_A(t - (n + 1) DT)에 있는 기지의 값을 입력하는 것을 발상하였다. 즉, 상기의 연산을 행하는 초기 단계에서의 값을 기준 특성치로 하여 입력함으로써, 이 기준 특성치에 대한 상대적인 값으로서 센서 단독의 신호를 산출할 수 있도록 된다. 기준치가 특성의 절대치이면, 또한 상기 변화분을 가산한 값도 측정 대상으로 하는 특성의 절대치로 하여 얻어지게 되어 절대치의 변동 자신이 출력되게 된다. 이 기준 특성치에는, 기지의 값이면 어느 값이라도 좋지만, 통상은 특별한 신호가 들어 오고 있지 않은 상태로 센서 A와 센서 B의 신호차가 제로인 상태에 있어서의 값을기준치로 하는 것이 이해하기 쉽다. 또한, 전술한 바와 같이 기준 특성치로서, 절대치가 모르는 값을 측정치를 산출하기 위한 비교 기준치서 설정하는 것도 가능하다.

상기의 연산 처리에서는, 데이터 집적 후에 해석하여 어느 시각에 있어서의 단독의 센서 신호로서 산출할 수도 있어, 시간의 경과에 수반하여 순차 센서의 신호를 출력하도록 할 수도 있다. 그 수단 순서는 예를 들어 이하와 같게 된다.

(1) 변수의 설정

디지털 처리를 행하는 경우, DT 시간 내에서의 시간 눈금 피치는 원리적으로 자유롭게 설정하는 것이 가능하지만, 통상은 등간격으로 새기는 것이 간편하다. 또한, 적당한 아날로그 회로를 조립하는 것이 가능하면 그거라도 좋다. 이하에, DT 시간 내에서의 시간 눈금을 등간격으로 한 경우의 디지털 처리를 행하는 케이스에 대해 나타낸다.

DT 시간 내에서의 시간 눈금 피치를 δt로 하고, 시간축에 있어서의 임의의 시각(t)을,

t = mDT + nδt

라 표시한다.

여기서, m과 n은 정수이며, n은 0 내지 N, N = DT/δt라 한다.

이에 의해, 임의의 시각(t)에 있어서

센서 A의 신호는 F_A(mDT + nδt)

서 B의 신호는 F_B(mDT + nδt)

신호차는 D_A-B(mDT + nδt)

가 된다.

이렇게 구하고 싶은 단독 센서 신호를 X(mDT + nδt)라 한다.

여기서, 관측할 수 있는 변수는, 예를 들어 전술한 다원 전기 전도도 측정 장치에 의한, D_A-B(mDT + nδt)이다.

(2) 초기치의 입력

적어도 DT 시간으로서는 초기 설정한 기지의 값을 입력하고, 단독 센서 신호의 데이터 계열에 있어서의 기준 시각에 있어서의 기준 특성치서 기지의 값을 설정한다.

여기서는, 초기의 기지의 기준 특성치를 0이라 한다. 따라서,

m = 0일 때, n = 0 내지 N에서 X(nδt) = 0라 한다.

(3) 측정

임의의 시각(t)에 있어서,

ㆍDT 시간 전의 값을 사용하는 경우에는,

X(mDT + nδt) = X((m - 1) DT + nδt) + (D_A-B(mDT + nδt)) … (4)

ㆍ초기치로부터 구하는 경우에는,

X(mDT + nδt) = X(nδt) + (D_A-B(iDT + nδt)의 i = 1 내지 m의 적산)… (5)

가 된다. 이와 같이, 측정치로서 기준 시각으로부터의 각 시간 눈금 경과 시점마다의 시계열 데이터를 얻을 수 있고, 시계열 데이터로서는 소정의 시간차(DT)보다도 작은 δt 피치로 새길 수 있었던 복수의 시계열 데이터군으로 구성할 수 있다.

(4) 데이터 보존

상기 순서에 있어서는,

식 (4)인 경우에는, 직전의 시간(DT) 내의 N개의 X(mDT + nδt)를 기억해 두면, 처리할 수 있게 된다.

식 (5)인 경우에는, 그것까지의 모든 X(mDT + nδt) 데이터를 기억해 둘 필요가 있지만, 이 경우에는 과거의 데이터를 모두 표시하는 것이 가능하다.

상기한 바와 같은 연산 처리를 행하여, 예를 들어 도1에 도시한 바와 같은 측정계에 있어서의 전기 전도도의 측정을 행해 보았다. 시험 결과를 도5, 도6에 도시한다. 도5는 일과성의 전기 전도도의 변동이 생긴 경우의 측정예를 나타내고 있고, 도6은 어느 정도의 지속 시간이 있는 전기 전도도의 변동이 생긴 경우의 측정예를 나타내고 있다. 또한, 도5 및 도6에 있어서,「차 전도도」는 센서 A, B의 차 신호로부터 출력한 전기 전도도의 변화분만을 나타내고 있고,「절대 전도도 - 첫번째」는 센서 A, 센서 B와는 별도로 설치한 하류측의 센서만으로 검출한 전기 전도도로, 본 발명의 유효성을 확인하기 위해 출력한 것을 나타내고 있다. 「절대 전도도 - 두번째(차 전도도로부터 산출)」는, 본 발명에 의해 상술한 바와 같이 미리 설정된 기준 특성치에 대해 차 전도도분을 가산한 고감도 측정 대상으로서의 전기 전도도의 절대치를 나타내고 있다.

도5 및 도6과 함께, 절대 전도도 - 두번째는 절대 전도도 - 첫번째로서 측정된 특성과 실질적으로 동일한 특성을 적은 노이즈 신호로 매우 정확하게 나타내고 있고, 본 발명에 관한 고감도 측정 장치에 의한 측정이 고감도로 행해지고 있는 것을 안다. 또한, 본 발명에 관한 고감도 측정 장치에 있어서는 고정밀도의 관측치로 하여 출력된 센서 A, B의 검출 신호의 차분이 기지의 기준치에 가산된 절대치로 하여 출력 가능하기 때문에, 출력 측정치로서의 절대치의 정밀도도 확실하게 고정밀도로 유지되게 된다. 즉, 본 발명에서는 고감도이면서 고정밀도의 측정이 가능해진다.

이상의 설명은, 주로 전기 전도도의 측정에 대해 행하였지만, 본 발명에 관한 고감도 측정 장치는 이에 한정되지 않고, 기본적으로 측정 대상이 되는 특성의 절대치 변동(경우에 따라서는, 어떤 기준치로부터의 상대 변동)을 구하는 것이 요구되는 모든 측정계에 적용 가능하다. 따라서, 높은 S/N비를 요하는 고감도에서의 측정을 요구되는 이른바 측정계, 예를 들어 자외선 측정, 시차 굴절율계 측정, 형광 광도계 측정, 전기 화학 측정, 미립자 측정 등의 측정에 적용 가능하다.

본 발명에 관한 고감도 측정 장치는, 측정 대상이 되는 특성의 절대치 변동, 혹은 어느 기준치로부터의 상대 변동을 구하는 것이 요구되는 모든 측정계에 적용할 수 있다. 본 발명에 관한 고감도 측정 장치는, 특히 높은 S/N비를 요하는 고감도에서의 유체 중 특성의 측정이 요구되는 이온 크로마토그래피나 액체 크로마토그래피에 있어서의 검출기로서, 혹은 순수(純水) 중, 초순수 중에 미량 함유되는 불순물의 농도 감시에 사용되면 현저한 효과를 발휘한다.

Claims (6)

1. 피측정 물질에 소정의 시간차를 두고 접하여 동일한 특성을 검출하는 적어도 2개의 센서를 마련하고, 각 센서로부터 동시에 취출한 검출 신호의 차분을 얻어 상기 검출 신호의 차분으로부터 상기 소정의 시간차 경과에 있어서의 특성치의 차분을 얻고, 미리 측정의 기준이 되는 시각과 그 시각에 있어서의 기준 특성치를 설정하여 상기 소정의 시간차를 시간 눈금의 피치로 한 시간축을 설정하고, 상기 기준 시각으로부터 임의의 시간 눈금 경과 시점에 있어서의 측정치를 얻는 것을 특징으로 하는 고감도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정치로서 기준 시각으로부터의 각 시간 눈금 경과 시점마다의 시계열 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 고감도 측정 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 시계열 데이터로서 시간 눈금 위치가 상기 소정의 시간차 내에 있을 때 계열 데이터를 포함하는 복수의 시계열 데이터군으로 구성하는 것을 특징으로 하는 고감도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서, 참조용의 피측정 물질을 접하게 하고, 이 출력치를 상기 기준 특성치로서 설정하는 것을 특징으로 하는 고감도 측정 장치.
5. 제1항에 있어서, 특성치가 기지의 참조용의 피측정 물질을 접하게 하고, 이 출력치가 상기 출력치가 되도록 상기 기준 특성치를 설정하는 것을 특징으로 하는 고감도 측정 장치.
6. 제1항에 있어서, 피측정 물질이 유체로 이루어지는 고감도 측정 장치.