(57)【要約】【課題】周期的ノイズが存在する場合にそのノイズを効果的に低減し、測定対象となる特性値を、望ましくはその絶対値を、高精度かつ高感度で検出できるようにした高感度測定装置を提供する。【解決手段】同じ被測定物質に所定の時間差をもって接し、同じ特性を検出する少なくとも２個のセンサーを設け、各センサーから同時に取り出した検出信号の差分を得るようにした高感度測定装置であって、各センサーから検出される周期的ノイズを互いに同期させることにより、該周期的ノイズを減少させることを特徴とする高感度測定装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ被測定物質に所定の時間差をもって接し、同じ特性を検出する少なくとも２個のセンサーを設け、各センサーから同時に取り出した検出信号の差分を得るようにした高感度測定装置であって、各センサーから検出される周期的ノイズを互いに同期させることにより、該周期的ノイズを減少させることを特徴とする高感度測定装置。
【請求項２】
前記同期を、前記所定の時間差の調整により行う、請求項１に記載の高感度測定装置。
【請求項３】
前記同期を、前記周期的ノイズの周期の調整により行う、請求項１に記載の高感度測定装置。
【請求項４】
前記周期的ノイズの周期の調整を、ノイズ源となっている機器の機械的な駆動特性の調整により行う、請求項３に記載の高感度測定装置。
【請求項５】
前記周期的ノイズの周期の調整を、ノイズ源となっている機器の電源の周波数の調整により行う、請求項３に記載の高感度測定装置。
【請求項６】
被測定物質が流体からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の高感度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば水溶液等の被測定物質の特性の変化を高感度かつ高精度で検出し、その検出値に基づいてそのときの被測定物質の特性値自体を高感度かつ高精度で検出できるようにした高感度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水溶液等の被測定物質の特性として、たとえば電気伝導度を測定する場合、被測定物質をセンサー部へ送液ポンプなどを用いて移送し、センサー部に被測定物質を接触させて電気伝導度を検出している。送液ポンプを用いた移送においては、多かれ少なかれ流れに脈動が生じるので、該脈動に伴って流量、圧力が変動し、この変動は検出される電気伝導度にも微小な変化を生じさせ、ノイズ成分として検出値に乗ってくる。このノイズは、電気伝導度検出の精度低下の原因になるとともに、検出可能な精度に限界を生じさせる。また、電気伝導度自身の微小な変化を測定しようとする場合、ノイズの大きさによっては、ノイズ成分と電気伝導度自身の変化との区別が困難になることから、微小変化の検出精度にも限界を生じさせることになる。
【０００３】
上記のような送液ポンプなどを用いた移送におけるノイズは、通常、周期性を持っている。したがって、このような周期的ノイズを実質的に消去あるいは低減できれば、測定精度を大幅に向上することが可能になる。
【０００４】
一方、周期的ノイズのみに着目したものではないが、ノイズ成分を低減して測定精度を向上するために、被測定物質に所定の時間差をもって２つのセンサーを接触させ、両センサーからの検出信号を同時に取り出し、それら検出信号自身の差分を、ノイズ成分を実質的に相殺させた信号として出力することにより、測定対象となる特性値の変化分を高精度で測定できるようにした装置が提案されている（特開２００１−３１１７１０号公報）。また、未だ出願未公開の段階にあるが、先に本出願人により、上記の如く被測定物質に所定の時間差をもって接する２つのセンサーから同時に取り出した検出信号の差分を特性値変化分として得るとともに、予め設定された基準特性値に前記特性値変化分を積分的に加えることにより、測定対象となる時刻の特性値の絶対値を高精度で測定できるようにした装置が提案されている（特願２００２−７８０６７号）。
【０００５】
ところが、これら両提案装置においても、前述したような、送液ポンプの脈動等による周期的ノイズが生じている場合には、測定対象となる特性値の検出下限値は、この周期的ノイズに依存することになり、検出におけるこの周期的ノイズを低減あるいは消去しない限り、検出精度の向上には限界が生じることとなる。つまり、この周期的なノイズレベル以下の精度で被測定物質の特性値を測定することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような先に提案した装置技術も参照しそれらの長所を考慮しながら、さらに周期的ノイズが存在する場合にそのノイズを効果的に低減し、測定対象となる特性値を、望ましくはその絶対値を、高精度かつ高感度で検出できるようにした高感度測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る高感度測定装置は、同じ被測定物質に所定の時間差をもって接し、同じ特性を検出する少なくとも２個のセンサーを設け、各センサーから同時に取り出した検出信号の差分を得るようにした高感度測定装置であって、各センサーから検出される周期的ノイズを互いに同期させることにより、該周期的ノイズを減少させることを特徴とするものからなる。ここで、本願明細書で用いている「同期させる」とは、専門家の間で「同相させる」とも言う場合があるが、要は、センサーの信号間の差を得るときに、周期的ノイズを相殺したり減少させるため、当該周期的ノイズの間で位相を合わせることを意味している。
【０００８】
上記の各センサーから検出される周期的ノイズを互いに同期させるには、たとえば、前記所定の時間差の調整により同期させる方法、あるいは、前記周期的ノイズの周期の調整により同期させる方法、さらには、所定の時間差の調整と周期的ノイズの周期の調整の両方を行って同期させる方法のいずれも採り得る。同期は、たとえば、前記所定の時間差を、ノイズ周期の整数倍となるように調整することによって達成し得る。ただし、相対的にノイズ周期の整数倍となればよいので、上記の如く、所定の時間差、ノイズ周期のいずれを調整してもよく、さらには両方を調整してもよい。
【０００９】
周期的ノイズの周期の調整としては、たとえば、ノイズ源となっている機器（たとえば、送液ポンプ）の機械的な駆動特性の調整により行うことができる。また、ノイズ源となっている機器の電源の周波数の調整により行うこともできる。また、前記所定の時間差の調整としては、たとえば、２個のセンサー間に測定用配管を通して被測定物質が流される場合には、その配管長（２個のセンサー間距離）、配管径により調整することが可能である。
【００１０】
本発明において、被測定物質は特に限定しないが、流体（たとえば、水溶液）からなる場合に、とくに適用が容易になる。
【００１１】
このような本発明に係る高感度測定装置においては、所定の時間差をもって被測定物質に接する少なくとも２個のセンサーから同時に取り出した検出信号の差分が出力されるので、ある時刻における、たとえば現時刻における、測定対象となる特性値の変化分が高感度かつ高精度に検出される。この検出値は、検出時の特性値変化状態、たとえば、変化特性のピーク形状により、測定対象となる特性値の変化分のみを表す場合と、ある定常的な安定基準値からの変化分を表し、特性値の絶対値あるいはそれと同等の値を表す場合とがある。いずれの場合にあっても、検出信号に周期的ノイズが乗っていると、前述の如く、測定精度の低下や、微小変化の測定不能を招くことになる。本発明では、このような各センサーから検出される周期的ノイズが互いに同期され、該周期的ノイズが減少、好ましくは実質的に消去され、その状態で検出値が出力される。したがって、周期的ノイズが除去された状態で、測定対象となる特性値が高精度かつ高感度で測定され、しかも、周期的ノイズ成分と特性値の微小変化成分との混同が回避されて、特性値の微小変化まで高精度かつ高感度で測定されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明において測定対象となる被測定物質の特性は、電気伝導度に限定されず、実質的にあらゆる特性の測定に適用可能であるが、以下の説明は、主として電気伝導度の測定の場合について述べる。
【００１３】
図１は、本発明の一実施態様に係る高感度測定装置１を示しており、ある流路２内を流れる被測定物質としての流体３（たとえば、水溶液）の電気伝導度を測定する場合を示している。流路２内から、送液ポンプ４を介して、測定用の流体３が測定回路５に送られ、測定後の流体はドレン部６に排出されるか、下流の流路２内に戻される。測定回路５には、ノイズリダクション配管７が設けられており、その上下流両側に、センサーＡとセンサーＢがそれぞれ配置されている。センサーＡとセンサーＢは、ノイズリダクション配管７を通過する被測定流体に対し、所定の時間差をもって接するようになっている。センサーＡとセンサーＢからの検出信号は同時に取り出され、信号処理装置８により、その差分が得られるようになっている。
【００１４】
本実施態様では、予め一つ以上のセンサー（たとえば、センサーＡ）で、所定時間検出した電気伝導度のデータの周波数応答を解析して、周期的ノイズの周期を求め、前後２つのセンサーＡ、Ｂ間を被測定流体が通過する時間（つまり、所定の時間差）がノイズ周期の整数倍となるようにノイズリダクション配管７の長さが設定されている。これによって、センサーＡとセンサーＢから検出される周期的ノイズが互いに同期され、周期的ノイズ成分の相殺あるいは低減が可能となる。
【００１５】
本実施態様では、ノイズリダクション配管７の長さを調整してセンサーＡ、Ｂ間の所定の時間差を調整するようにしたが、ノイズ源となっている機器、本実施態様ではとくに送液ポンプ４側で同期させることも可能である。たとえば、送液ポンプ４の機械的な駆動特性、たとえばポンプの回転数や羽根数などで調整することも可能であり、送液ポンプ４の電源の周波数をたとえばインバータで調整することによっても上記のように同期させることが可能である。
【００１６】
センサーＡとセンサーＢから検出される周期的ノイズが互いに同期されることにより、送液ポンプ４に起因する周期的ノイズ成分が相殺あるいは低減され、周期的ノイズが実質的に現れない形態で、電気伝導度の差分あるいは電気伝導度の絶対値の測定が可能になり、高精度かつ高感度の測定が可能になる。
【００１７】
【実施例】
本発明にかかるノイズリダクション機構の効果を確認するため、次の試験１、試験２、試験３、試験４に述べるような測定実験を行った。なお、ここでいうノイズリダクション機構とは、上記のように、センサーＡとセンサーＢから検出される周期的ノイズを同期化した機構を意味している。
【００１８】
試験１
ノイズリダクション機構を搭載しない高感度測定装置を用いて、約１７μＳ／ｃｍの電気伝導度の水溶液を流速１ｍＬ／分で通水し、測定開始時からの電気伝導度の変化を測定した結果を図２、図３に示す。ノイズリダクション機構を搭載しない高感度測定装置を用いて測定した結果、緩やかな電気伝導度の変動があり、その緩やかな電気伝導度の変動上に、周期的ノイズと微小変動ノイズが存在している。以下に測定条件を記す。
なお、ここでいう「ノイズリダクション機構を搭載しない高感度測定装置」とは、図１に示した高感度測定装置と構成、構成要素は同じであるが、センサーＡとセンサーＢから検出される周期的ノイズを同期化するためのノイズリダクション配管７の長さの調整、送液ポンプ４の機械的な駆動特性の調整、送液ポンプ４の電源の周波数の調整がなされていないものである。
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【００１９】
上記のノイズリダクション機構を搭載しない高感度測定装置での測定時に、１個の電気伝導度測定装置を高感度測定装置の下流側に直列に接続し、同じ水溶液の電気伝導度を同一条件で同時に測定した結果を図４、図５に示す。１個の電気伝導度測定装置での測定結果からは緩やかな電気伝導度の変動上に約６秒の周期ノイズが確認できる。また送液ポンプの駆動は１ストローク６秒であり、ノイズ周期と送液ポンプの駆動（１ストローク６秒）がほぼ一致していることから、この周期的ノイズは送液ポンプ駆動時の脈動に由来するものと考えられる。
【００２０】
試験２
上記試験１において、１個の電気伝導度測定装置での測定結果からは約６秒の周期ノイズが確認できたことから、そのノイズ周期（約６秒）と同じ時間差（センサーＡからセンサーＢへの到達時間）を有するように調整を施したノイズリダクション機構を搭載する高感度測定装置（図１）を用いて、上記試験１と同じ条件で測定した結果を図６、図７に示す。
試験２のノイズリダクション機構を搭載した高感度測定装置での測定時に、１個の電気伝導度測定装置を高感度測定装置の下流側に直列に接続し、同じ水溶液の電気伝導度を同一条件で同時に測定した結果を図８、図９に示す。ノイズリダクション機構を搭載した結果、先に示した試験１のノイズリダクション機構を搭載していない場合でみられた周期的ノイズ、微小変動は激減している。また図８、図９の１個の電気伝導度測定装置での測定結果でみられる周期的ノイズは、ノイズリダクション機構を搭載することにより、ほぼ完全に無くなっている。これらから明らかなように、本発明に係るノイズリダクション機構を搭載することにより、ほぼ完全に周期的ノイズを除去することができ、高精度かつ高感度で電気伝導度自体やその変化を測定することが可能となった。
以下に試験２のノイズリダクション機構を記す。
ノイズリダクション機構
配管内径：０．３ｍｍ
配管長：１４１５ｍｍ（センサーＡ、センサーＢ間長さ）
時間差（１ｍＬ／分送液時のセンサーＡからセンサーＢへの到達時間）：６秒
【００２１】
上記試験１、試験２では、電気伝導度の変化が比較的緩やかな場合でのノイズリダクション機構の有効性が確認できた。さらに、比較的急激な電気伝導度の変化がある場合での本発明であるノイズリダクション機構の効果を確認するために次に述べる試験３、試験４の測定実験を行った。
【００２２】
試験３
比較的急激な電気伝導度の変化がある場合での、ノイズリダクション機構を搭載した高感度測定装置を用いた測定結果を図１０に示す。また１個の電気伝導度測定装置を高感度測定装置の下流側に直接に接続し、同じ水溶液の電気伝導度を同一条件で同時に測定した結果を図１１に示す。以下に測定条件を示す。
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【００２３】
試験３は比較的急激な電気伝導度の変化があった場合の測定である。送液流速１ｍＬ／分で実施しており、送液ポンプが１ストローク６秒で駆動しており、また１個の電気伝導度測定装置で測定した図１１においては、周期ノイズの周期が約６秒であり、このノイズ周期は送液ポンプの駆動（１ストローク６秒）とほぼ一致していた。また、ノイズリダクション機構（配管）を設置した図１０においては、センサーＡ、センサーＢ間の時間差が６秒になっており、このノイズリダクション機構（配管）による時間差が周期的ノイズの１倍になっている。ノイズリダクション機構を搭載した結果（図１０）と搭載しない結果（図１１）との比較から明らかなように、本発明に係るノイズリダクション機構を搭載することにより、ほぼ完全に周期的ノイズを除去することができ、電気伝導度の変化を、ノイズに影響されることなく、高精度かつ高感度で測定することが可能となった。
【００２４】
試験４
比較的急激な電気伝導度の変化がある場合において、ノイズリダクション機構を搭載した高感度測定装置を用いた測定結果を図１２に示す。また１個の電気伝導度測定装置を高感度測定装置の下流側に直列に接続し、同じ水溶液の電気伝導度を同一条件で同時に測定した結果を図１３に示す。以下に測定条件を示す。
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【００２５】
試験４は比較的急激な電気伝導度の変化があった場合を示している。送液流速２ｍＬ／分で実施し、送液ポンプが１ストローク３秒で駆動した。１個の電気伝導度測定装置で測定した結果（図１３）では振幅・周期の異なる２つの周期ノイズが存在し、それぞれの周期は約３秒、約６秒であり、この周期ノイズが送液ポンプの駆動（１ストローク３秒）とほぼ一致していた。また、ノイズリダクション機構（配管）を設置した測定結果（図１２）においては、センサーＡ、センサーＢ間の時間差が６秒となっており、このノイズリダクション機構（配管）による時間差が周期３秒の周期的ノイズの周期の２倍、周期６秒の周期的ノイズの周期の１倍となっている。ノイズリダクション機構を搭載した結果（図１２）と搭載しない結果（図１３）との比較から明らかなように、本発明に係るノイズリダクション機構を搭載することにより、ほぼ完全に周期的ノイズを除去することができ、電気伝導度の変化を、ノイズに影響されることなく、高精度かつ高感度で測定することが可能となった。
【００２６】
なお、上記各実施例は電気伝導度の測定に本発明に係る高感度測定装置を適用した場合について示したが、前述の如く、本発明に係る高感度測定装置は、電気伝導度に限定されず、実質的にあらゆる特性の測定に適用可能であり、周期的ノイズの影響を実質的に測定精度、感度から除去することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る高感度測定装置によれば、被測定物質の特性を測定するに際し、周期的ノイズの測定への影響を実質的にほぼ完全に除去することが可能になり、高精度かつ高感度で測定することが可能になる。また、被測定物質の測定に送液ポンプを用いる場合、高価な高性能無脈動送液ポンプを用いなくても、安価な脈動のある定量送液ポンプでも、周期的ノイズの測定への影響を低減でき、被測定物質の特性を高精度かつ高感度で測定することが可能になる。
【００２８】
本発明は、とくに、高いＳ／Ｎ比を要する高感度での流体中の特性の測定を要求される、イオンクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーの検出器、あるいは純水中、超純水中に微量含まれる不純物の濃度監視に使用すると高い効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る高感度測定装置の概略構成図である。
【図２】試験１におけるノイズリダクション機構を搭載しない場合の結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図３】図２の部分拡大特性図である。
【図４】試験１においてさらに下流側に１個の電気伝導度測定装置を接続して測定した結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図５】図４の部分拡大特性図である。
【図６】試験２におけるノイズリダクション機構を搭載した場合の結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図７】図６の部分拡大特性図である。
【図８】試験２においてさらに下流側に１個の電気伝導度測定装置を接続して測定した結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図９】図８の部分拡大特性図である。
【図１０】試験３におけるノイズリダクション機構を搭載した場合の結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図１１】試験３においてさらに下流側に１個の電気伝導度測定装置を接続して測定した結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図１２】試験４におけるノイズリダクション機構を搭載した場合の結果を示す電気伝導度の特性図である。
【図１３】試験４においてさらに下流側に１個の電気伝導度測定装置を接続して測定した結果を示す電気伝導度の特性図である。
【符号の説明】
１　高感度測定装置
２　流路
３　被測定物質としての流体
４　送液ポンプ
５　測定回路
６　ドレン部
７　ノイズリダクション配管
８　信号処理装置
Ａ、Ｂ　センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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