(57)【要約】  【課題】  商用交流電力の位相制御により供給電力を制御して温調を行うヒータを備える分析装置において、その地域の商用電源周波数を簡単な構成で以て判別し高精度の温調を実現する。  【解決手段】  ゼロクロス検出回路１０により商用交流電圧波形のゼロクロスに応じたパルス信号を発生させ、位相制御のために使用されるＰＷＭ制御信号生成部１１に内蔵されているパルス信号生成機能を利用し、ゼロクロス検出信号のエッジから８．７ｍｓ後に所定幅のリセット用パルスを発生させる。フリップフロップ回路１２ではゼロクロス検出信号のエッジに同期して「Ｈ」を読み込むが、電源周波数が５０Ｈｚである場合にはリセット入力端子RSTの「Ｌ」が優先するので出力は常に「Ｌ」となる。また６０Ｈｚである場合には、出力端子PWM2の信号レベルは「Ｌ」にならず、フリップフロップ回路１２の出力は常に「Ｈ」となる。【選択図】  図２
2005055396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出して第１パルス信号を生成するゼロクロス検出手段と、
b)前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準とし、商用交流電源周波数が６０Ｈｚであるときのゼロクロス発生時間間隔に相当する時間が経過した以降に出力レベルが反転し、且つ商用交流電源周波数が５０Ｈｚであるときの次の第１パルス信号のエッジ発生タイミング以降に再度出力レベルが反転するような第２パルス信号を発生するパルス信号生成手段と、
c)前記第１パルス信号のエッジをクロック信号として「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルをデータとして読み込むとともに、該クロック信号に優先して前記第２パルス信号によって内部状態をリセット又はセットするフリップフロップ手段と、
を備えることを特徴とする電源周波数判別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源周波数判別装置を含み、商用交流電力に対し位相制御により交流電力を制御することで温度制御を行う温調装置において、
前記ゼロクロス検出手段は前記位相制御のために商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出するものであり、前記パルス信号生成手段は前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準として制御角に応じたパルス信号を生成するためのＰＷＭ制御回路の機能を利用したものであり、前記フリップフロップ手段の出力レベルに応じて前記位相制御のための制御パラメータを変更するパラメータ設定手段を備えることを特徴とする温調装置。
【請求項３】
商用交流電力に対し位相制御により交流電力を制御することで温度制御を行う温調装置を有する分析装置において、
a)前記商用交流電力の周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのいずれであるかを判定する電源周波数判別手段と、
b)前記電源周波数の判定結果に応じて前記位相制御の制御パラメータを変更するパラメータ設定手段と、
を備えることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分析装置において、前記電源周波数判別手段は、
a)商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出して第１パルス信号を生成するゼロクロス検出手段と、
b)前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準とし、商用交流電源周波数が６０Ｈｚであるときのゼロクロス発生時間間隔に相当する時間が経過した以降に出力レベルが反転し、且つ商用交流電源周波数が５０Ｈｚであるときの次の第１パルス信号のエッジ発生タイミング以降に再度出力レベルが反転するような第２パルス信号を発生するパルス信号生成手段と、
c)前記第１パルス信号のエッジをクロック信号として「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルをデータとして読み込むとともに、該クロック信号に優先して前記第２パルス信号によって内部状態をリセット又はセットするフリップフロップ手段と、
を備え、前記ゼロクロス検出手段は前記位相制御のために商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出するものであり、前記パルス信号生成手段は前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準として制御角に応じたパルス信号を生成するためのＰＷＭ制御回路の機能を利用したものであることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用交流電源の電源周波数判別装置、該装置を含む温調装置、及びそうした温調装置を有する分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置を始めとする多くの分析装置では、分析条件の一つである温度を一定に保ったり或いは所定の温度プロファイルに従った分析を行ったりするために、１乃至複数の温調ユニットを備えている。例えば特許文献１に開示されているように、飛行時間型質量分析装置では、イオンの飛行空間の長さが温度によって変化してしまうとそれが質量数誤差に反映される。そこで、高い分析精度を確保するために、飛行空間を内包する真空チャンバ全体を恒温槽内に収容して温調を行っている。また、こうした質量分析装置では、飛行空間に導入されるイオンの速度を左右するイオン加速器に印加する加速電圧の変動も質量数誤差に反映される。そのため、加速電圧を発生させる電圧発生回路に対する周囲温度の影響を軽減するため、電圧発生回路自体も温調するようなことも行われている。
【０００３】
一般に、分析装置におけるこうした温調ユニットでは、温度精度を高めるため或いは急激な昇温を達成するために、ヒータを商用交流電源により交流駆動し、且つその電力制御を位相制御により行うようにすることが多い。例えば位相制御方式の一つである位相遅れ制御では、商用交流電圧波形がゼロクロスした時点から所定の制御角だけ位相が遅れた時点で、交流電流をヒータへ流すための半導体電力スイッチを開成し、次にゼロクロスが生じた時点でその半導体電力スイッチを閉成する。そして、制御角を適宜に設定することによりヒータへ供給される電力を制御する。
【０００４】
ところで、我が国では商用交流電源周波数として５０Ｈｚと６０Ｈｚの２種類が地域によって使い分けられており、上記のような位相制御方式の場合、同一の制御パラメータを使用して制御を行おうとすると商用交流電源周波数によって供給電力が変わってくる。温度制御の精度が低くても構わない場合には商用交流電源周波数の相違は無視できるが、例えば上述したように温度制御で高い精度が必要となる場合には商用交流電源周波数に応じて制御パラメータを変更する必要がある。そのため、従来、商用交流電源周波数の設定スイッチを設け、その分析装置を設置する地域の周波数に応じて装置の据え付け作業時などに、手動で設定を変更するようにしている。
【０００５】
通常、こうした分析装置では、装置メーカからユーザに納入された後にその設置場所が商用交流電源周波数の異なる地域を跨って頻繁に移動されるようなケースは必ずしも多くはない。しかしながら、こうした移動が行われた場合には、上記のような設定の変更が忘れられがちであり、そのために、装置の移動後に行った分析が無駄になってしまうようなことがあった。
【０００６】
一方、電源周波数が相違すると不具合を生じるような家庭用の電気機器において、電源周波数を自動的に判別するための装置が従来より知られている（例えば特許文献２など参照）。しかしながら、こうした従来の電源周波数判別装置を搭載しようとすると、部品数が増加してコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５１４８８号公報（段落０００５など）
【特許文献２】特許第２５１６９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みて成されたものであり、その主たる目的とするところは、位相制御方式によって交流電力を制御することで温度制御を行う温調装置を有する分析装置において、使用する地域を気にしたり何らの切り替え操作を行ったりすることなく、使用される商用交流電源の周波数に適合した高精度な温調が行われる分析装置を提供することにある。また、本発明の他の目的とするところは、簡単な構成で以て、つまり低廉なコストで以て電源周波数を判別することができる電源周波数判別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係る電源周波数判別装置は、
a)商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出して第１パルス信号を生成するゼロクロス検出手段と、
b)前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準とし、商用交流電源周波数が６０Ｈｚであるときのゼロクロス発生時間間隔に相当する時間が経過した以降に出力レベルが反転し、且つ商用交流電源周波数が５０Ｈｚであるときの次の第１パルス信号のエッジ発生タイミング以降に再度出力レベルが反転するような第２パルス信号を発生するパルス信号生成手段と、
c)前記第１パルス信号のエッジをクロック信号として「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルをデータとして読み込むとともに、該クロック信号に優先して前記第２パルス信号によって内部状態をリセット又はセットするフリップフロップ手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係る分析装置は、商用交流電力に対し位相制御により交流電力を制御することで温度制御を行う温調装置を有する分析装置において、
a)前記商用交流電力の周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのいずれであるかを判定する電源周波数判別手段と、
b)前記電源周波数の判定結果に応じて前記位相制御の制御パラメータを変更するパラメータ設定手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の実施の形態及び効果】
【００１１】
本発明に係る電源周波数判別装置において、商用交流電源周波数が６０Ｈｚである場合、パルス信号生成手段では例えば第１パルス信号のエッジの出現位置を基準として基本クロック信号をカウントするが、出力が反転する前に次の第１パルス信号のエッジが入力されるため出力は反転することがない。つまり第２パルス信号は実質的に発生しない。そのため、フリップフロップ手段では、第１パルス信号のエッジをクロック信号として「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルのいずれかを毎回読み込むこととなり、結果的にフリップフロップ手段の出力は「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルのいずれかに固定される。
【００１２】
これに対し商用交流電源周波数が５０Ｈｚである場合には、ゼロクロスによる第１パルス信号が発生する毎に第２パルス信号も生成される。フリップフロップ手段では、第１パルス信号と第２パルス信号とが共に入力されるが、第２パルス信号が優先するので実質的に第１パルス信号は入力されていないのと同じこととなり、フリップフロップ手段の内部状態はリセット又はセットが継続する。その結果、フリップフロップ手段の出力は商用交流電源周波数が６０Ｈｚである場合とは反対の「Ｌ」レベル又は「Ｈ」レベルのいずれかに固定され、電源周波数判別結果がフリップフロップ手段の出力に得られることになる。
【００１３】
本発明に係る電源周波数判別装置の具体的な実施態様として、該装置を含み、商用交流電力に対し位相制御により交流電力を制御することで温度制御を行う温調装置においては、前記ゼロクロス検出手段は前記位相制御のために商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出するものであり、前記パルス信号生成手段は前記第１パルス信号のエッジの出現位置を基準として制御角に応じたパルス信号を生成するためのＰＷＭ制御回路の機能を利用したものであり、前記フリップフロップ手段の出力レベルに応じて前記位相制御のための制御パラメータを変更するパラメータ設定手段を備える構成とすることができる。
【００１４】
この構成によれば、ゼロクロス検出手段及びパルス信号生成手段として位相制御を行うために元々備えられている回路を利用することができるので、ハードウエアとしては実質的にフリップフロップ手段のみを追加すればよい。したがって、構成が非常に簡単であり、大きなコストの追加を行うことなく自動的な電源周波数切り替え機能を搭載することが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る分析装置では、使用している商用電源の周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのいずれであるのかが電源周波数判別手段により自動的に判別され、それに応じて適切な制御パラメータが設定されて温調装置の位相制御が実行される。したがって、ユーザは電源周波数を全く気にする必要がなく、仮に電源周波数の相違する地域を跨って分析装置が移動された場合でも、高精度の温調が達成される。それによって、その温度に依存する分析が高い精度で行われる。
【００１６】
具体的に、本発明に係る分析装置における電源周波数判別手段としては、上記電源周波数判別装置と同様の構成のものを利用することができる。それによって、コストの大きな追加を要することなく、上記のように電源周波数に応じた適切な温調が達成される。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の一実施例による電源周波数判別装置を備えた分析装置である液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
図１はこのＬＣ／ＭＳの全体構成図である。分析部１は実際に試料に対して分析を実行して検出信号を取得する部分であり、検出信号はデータ処理部３へと送られて所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理が実行される。分析部１はヒータ２を含む。このヒータ２は、上述したように例えば飛行時間型質量分析装置において飛行空間を内包する真空チャンバを収容した恒温槽に付設されたヒータである。このヒータ２は加熱電力制御部４により供給される電力により加熱される。
【００１９】
加熱電力制御部４は、商用交流電源７から供給される交流電流を通過又は遮断する半導体電力スイッチ等から成るスイッチ部４２と、そのスイッチのオン・オフを制御するための位相制御部４１とを含む。具体的には、位相制御部４１はＰＷＭ制御を利用してスイッチをオン・オフするタイミングを決める信号を生成している。制御部６はマイクロコンピュータ等であり、位相制御部４１に対してその制御に必要な各種パラメータを設定する。電源周波数判別部５は商用交流電源の周波数を判別する機能を有し、制御部６に対してその判別結果を与える。
【００２０】
図２は図１中の電源周波数判別部５の要部の回路構成図である。ゼロクロス検出回路１０及びＰＷＭ制御信号生成部１１は位相制御部４１の一部に含まれるものであるが、ここではそれらの機能を一部に利用して電源周波数判別機能を具現化している。すなわち、ゼロクロス検出回路１０は商用交流電圧波形のゼロクロス点を検出して所定幅のパルス信号（以下、ゼロクロス検出信号という）を生成する。電源周波数が５０Ｈｚである場合にはゼロクロス検出信号は１０ｍｓ毎に、電源周波数が６０Ｈｚである場合には８．３３ｍｓ毎に定期的に発生する。
【００２１】
ＰＷＭ制御信号生成部１１はゼロクロス検出信号をトリガとして、制御部６から与えられるパラメータに応じて（或いは予め内蔵のＲＯＭなどに設定されるパラメータに応じて）基本クロックの計数に対応した所定の位置に所定幅のパルス信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ制御信号生成部１１は図示しない出力端子PWM1に制御角に応じたパルス信号を出力する。一方、位相制御のために使用されていない出力端子PWM2を利用して、フリップフロップ回路１２を制御するためのパルス信号を出力する。フリップフロップ回路１２はゼロクロス検出信号をクロック信号（クロック入力端子CK）とし、ＰＷＭ制御信号生成部１１からのパルス信号をリセット信号（リセット入力端子RST）としている。
【００２２】
出力端子PWM2に出力される信号について詳しく述べる。ＰＷＭ制御信号生成部１１ではトリガ入力端子TRG2の入力信号をトリガとして２ＭＨｚの基本クロックのカウントを開始し、そのカウント値に応じて「Ｌ」又は「Ｈ」レベルを出力端子PWM2に出力する。このカウント値とレベルとの対応関係はパラメータとして予め設定されるものであり、このパラメータを適宜に定めることによりトリガが入力されてから所定時間経過後に所定時間幅のパルス信号を生成することができる。これはリトリガブルワンショットマルチバイブレータの機能をデジタル的に実現したものと同じである。具体的には、ここでは、ゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジから８．７ｍｓ経過後に約２ｍｓ程度の時間幅のパルス信号を発生するように設定する。リトリガブルであるから、この８．７ｍｓの間にゼロクロス検出信号が入力された場合には、それまでの基本クロックのカウントはリセットされて、その時点から再びカウントが開始される。
【００２３】
次に、電源周波数判別部５における電源周波数の判別動作を、図３を参照して説明する。
【００２４】
（１）電源周波数が６０Ｈｚである場合
上述したようにゼロクロス検出信号は約８．３３ｍｓ毎に発生する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。ＰＷＭ制御信号生成部１１ではゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジから基本クロックのカウントを開始するが、８．７ｍｓに相当するクロック数をカウントする以前に次のゼロクロス検出信号が入力される。そのため、結果的に出力端子PWM2の信号レベルは常に「Ｈ」となる。すなわち、フリップフロップ回路１２のリセット入力端子RSTにはその内部状態をリセットするための「Ｌ」レベルの信号が入力されることがなく、フリップフロップ回路１２ではゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジが入力される毎にデータ入力端子DATAに入力されている「Ｈ」レベルをラッチする。その結果、フリップフロップ回路１２の正出力端子Qには常に「Ｈ」レベルが出力される。
【００２５】
（２）電源周波数が５０Ｈｚである場合
上述したようにゼロクロス検出信号は１０ｍｓ毎に発生する（図３（ｃ）参照）。ＰＷＭ制御信号生成部１１ではゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジから基本クロックのカウントを開始するが、８．７ｍｓに相当するクロック数をカウントした時点で出力端子PWM2の信号レベルは「Ｈ」→「Ｌ」に変化する。これに伴い、フリップフロップ回路１２の内部状態はリセットされる。
【００２６】
次のゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジがＰＷＭ制御信号生成部１１に入力される時点で出力端子PWM2の信号レベルは未だ「Ｌ」であるが、ゼロクロス検出信号が入力されると「Ｌ」→「Ｈ」に変化し、再び基本クロックのカウントを最初から開始する。ここで、ゼロクロス検出信号が立ち上がってから出力端子PWM2の信号レベルが変化するまでにはＰＷＭ制御信号生成部１１でtdだけ時間遅延が生じる（図３（ｄ）参照）。そのため、フリップフロップ回路１２ではクロック入力端子CKに入力されているゼロクロス検出信号の立ち上がりエッジ時点でリセット入力端子RSTは未だ「Ｌ」である。そのため、フリップフロップ回路１２の内部状態はリセットされた状態にあり、データ入力端子DATAから「Ｈ」レベルの信号が読み込まれることはない。その結果、フリップフロップ回路１２の正出力端子Qには常に「Ｌ」レベルが出力される。
【００２７】
以上のように電源周波数判別部５では、フリップフロップ回路１２の正出力端子Qの出力レベルは電源周波数が６０Ｈｚであるときに「Ｈ」レベルに、電源周波数が５０Ｈｚであるときに「Ｌ」レベルになる。この信号のレベルを制御部６が判定し、その電源周波数に応じた制御パラメータを位相制御部４１へと与える。これによって、電源周波数に応じた位相制御が実現される。
【００２８】
ＰＷＭ制御信号生成部１１としてはＰＷＭ制御用ＩＣを利用することができる。この種のＩＣとして例えばM66240（三菱電機製）がある。このM66240を使用した場合、次にようにパラメータを設定することで上述したような動作を達成することができる。
SUBCONTのPWM2のデータアドレス  ：  30038H
コードアドレス  ：  30039H
モード選択          ：  Mode１
プリスケーラ値      ：  Ｌ＝４
ＰＷＭ値            ：  Ｍ＝3480
Ｈ幅の極性          ：  １（「Ｈ」レベル）
外部トリガ選択      ：  １（ＯＮ）
ＰＷＭ番号選択      ：  01（ＰＷＭ２）
コマンド１          ：  AF
コマンド２          ：  22
プリスケーラ値  上位バイト  ：  00
プリスケーラ値  下位バイト  ：  04
コマンド２          ：  2E
ＰＷＭ値  上位バイト  ：  0D
ＰＷＭ値  下位バイト  ：  98
【００２９】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正又は追加などを行っても本発明に包含されることは明らかである。例えば、上記実施例はＬＣ／ＭＳに本発明による分析装置を適用した例であるが、同様に高精度での温調を必要とする他の分析装置に本発明を適用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例である電源周波数判別機能を有するＬＣ／ＭＳの全体構成図。
【図２】図１中の電源周波数判別部の要部の回路構成図。
【図３】図２の電源周波数判別部の動作説明のためのタイミング波形図。
【符号の説明】
【００３１】
１…分析部
２…ヒータ
３…データ処理部
４…加熱電力制御部
４１…位相制御部
４２…スイッチ部
５…電源周波数判別部
６…制御部
７…商用交流電源
１０…ゼロクロス検出回路
１１…ＰＷＭ制御信号生成部
１２…フリップフロップ回路
【図１】
2005055396.tif 000003
【図２】
2005055396.tif 000004
【図３】
2005055396.tif 000005