(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重水素放電管のアノード−カソード間に、放電開始時に比較的高い放電開始トリガ電圧を印加するとともに、その後の放電中に比較的低い放電継続電圧を印加しながら、前記重水素放電管の放電継続電流を所定値に制御する制御装置を備えた重水素放電管用電源装置において、
出力電圧を調整可能な電力変換器と、
前記電力変換器の出力電圧を、前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加する回路内に直列接続された抵抗値の異なる第１および第２の抵抗器と、
前記２つの抵抗器のうち、抵抗値の大きい方の第１の抵抗器に並列に接続された短絡スイッチ手段と、
点灯開始信号に基づいて、前記短絡スイッチ手段を開放したまま前記２つの抵抗器を介して、前記電力変換器の出力電圧を前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加してグロー放電を開始させる起動スイッチ手段と、
前記起動スイッチ手段の投入後、所定の短時間後に、前記短絡スイッチ手段を投入し抵抗値の大きい方の前記第１の抵抗器を短絡し、抵抗値の小さい方の前記第２の抵抗器を介して前記電力変換器の出力電圧を前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加してアーク放電を継続させる切り替え手段と、
前記電力変換器の出力電圧または前記重水素放電管の放電電流を負帰還して設定値に近づけるように、前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記電力変換器から見て、前記グロー放電中の前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記第１および第２の抵抗器の直列回路の電圧対電流特性が正抵抗特性となるように、前記第１および第２の抵抗器の抵抗値が設定され、かつ
前記電力変換器から見て、前記アーク放電中の前記重水素放電管のアノード−カソード間と抵抗値の小さい方の前記第２の抵抗器の直列回路の電圧対電流特性が正抵抗特性となるように、前記第２の抵抗器の抵抗値が設定されていることを特徴とする重水素放電管用電源装置。
【請求項２】
請求項１において、前記直列回路に印加される電圧検出値または前記放電電流の検出値を切り替えて前記負帰還制御系に負帰還する負帰還値切り替え手段を備えたことを特徴とする重水素放電管用電源装置。
【請求項３】
請求項２において、前記負帰還値切り替え手段は、前記直列回路に印加される電圧検出値または前記放電電流の検出値とを入力し、前記電力変換器の制御装置に出力する高位優先回路を備えたことを特徴とする重水素放電管用電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記電力変換器は、チョッパであることを特徴とする重水素放電管用電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記電力変換器の出力電圧を１次側に印加され、２次側に２倍以上の複数倍圧整流回路を接続されたトランスとを備え、この複数倍圧整流回路の出力側に前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記抵抗器の直列回路を接続したことを特徴とする重水素放電管用電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の重水素放電管用電源装置からの放射光をリファレンス光と試料への照射光とに分光し、吸光度演算により試料に関するデータを分析する分析装置。
【請求項７】
重水素放電管のアノード−カソード間に、放電開始時に比較的高い放電開始トリガ電圧を印加するとともに、その後の放電中に比較的低い放電継続電圧を印加しながら、前記重水素放電管の放電継続電流を所定値に制御する重水素放電管用電源の制御方法において、
出力電圧を調整可能な電力変換器の出力電圧を、前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加する回路内に、抵抗値の異なる第１および第２の抵抗器を直列に接続し、
前記２つの抵抗器のうち、抵抗値の大きい方の第１の抵抗器と並列に短絡スイッチ手段を接続し、
起動時に、前記短絡スイッチ手段を開放したままで、起動スイッチ手段を投入することにより、前記第１および第２の抵抗器を介して、前記電力変換器の出力電圧を前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加するグロー放電ステップと、
前記起動スイッチ手段の投入後、所定の短時間後に、前記短絡スイッチ手段を投入して抵抗値の大きい方の前記第１の抵抗器を短絡し、抵抗値の小さい方の前記第２の抵抗器を介して前記電力変換器の出力電圧を前記重水素放電管のアノード−カソード間に印加するアーク放電ステップと、
前記電力変換器の出力電圧または前記重水素放電管の放電電流を負帰還して設定値に近づけるように、前記電力変換器を制御するステップとを備え、
前記グロー放電中に、前記電力変換器から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記第１および第２の抵抗器の直列回路の電圧対電流特性が正抵抗特性となるように、前記第１および第２の抵抗器の抵抗値を設定するとともに、
前記アーク放電中に、前記電力変換器から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と抵抗値の小さい方の前記第２の抵抗器の直列回路の電圧対電流特性が正抵抗特性となるように、前記第２の抵抗器の抵抗値を設定することを特徴とする重水素放電管用電源の制御方法。
【請求項８】
請求項７において、前記電力変換器を制御するステップは、設定された指令値に対して、前記直列回路に印加される電圧検出値と、放電電流の検出値とを切り替えて負帰還制御系に負帰還することを特徴とする重水素放電管用電源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重水素放電管用電源装置とその制御方法に係り、また、それを用いた分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光光度計における紫外波長域分析の光源として、重水素放電管が使われる。分析精度の向上が進む中で、光源から発せられる光量の安定性向上が要求されてきている。
【０００３】
光量の安定性を向上させるためには、重水素放電管の放電電流安定化精度を向上させる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、放電開始用のトリガ電圧発生回路と、放電電流を継続させる定電流回路を設けた重水素放電管電源装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、放電電流を検出して電圧を制御する重水素放電管電源装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９３７５２号公報
【特許文献２】特開２００１−８５１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示される重水素放電管の点灯装置における定電流回路では、放電電流を安定化する上で不十分である。
【０００８】
また、特許文献２では、光量は放電管の放電電流に比例するため、放電電流を検出し、目標信号との差分を小さくする負帰還による比例制御がなされている。この比例制御により、電流量が目標値より小の場合、電源の出力電圧を大として放電電流を増加させ、逆に目標値より大の場合、電源の出力電圧を小として放電電流を減少させるように作用する。この作用は負荷の特性が正抵抗であることで成り立つ。
【０００９】
しかしながら、重水素放電管の場合、アノード（陽極）とカソード（陰極）間に印加するアノード電圧とアノードからカソードに流れる放電電流との特性が負性抵抗になる。このために、放電電流の安定性を向上させるために比例制御の精度を上げても、精度が上がらない。また、このため正帰還制御となってしまい、発振し放電を停止させ消灯に至ることがある。
【００１０】
図３は、従来技術における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。図から明らかなように、トリガ電圧を印加後の初期状態の後、低電流制御区間において、負性抵抗であるために、負帰還制御系が安定できずに発振し、ついには、放電電流が消滅し、消灯に至っている。
【００１１】
また、消灯に至らないまでも、前記の発振は安定度を低下させる原因になっている。
【００１２】
図４は、従来技術の発振状態における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。重水素放電管の放電状態は継続しているものの、図から明らかなように、放電電流の増減に伴ってアノード電圧を増減させており、安定度を大きく低下させている。
【００１３】
本発明の目的は、分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置の光源として好適な重水素放電管を確実に点灯させ、点灯した重水素放電管より放射される光量の安定性を向上させることである。
【００１４】
本発明の他の目的は、放射光量の安定性を向上した重水素放電管を光源とする分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の望ましい実施態様においては、重水素放電管のアノード−カソード間に、放電開始時に比較的高い放電開始トリガ電圧を印加するとともに、その後の放電中に比較的低い放電継続電圧を印加しながら、前記重水素放電管の放電継続電流を所定値に制御する制御装置を備えた重水素放電管用電源装置において、前記放電開始トリガ電圧と前記放電継続電流の両者を供給する共通線路上に抵抗器を備え、電源側から見て、前記重水素放電管のアノード−カソード間と前記抵抗器の直列回路が、電圧対電流特性において正抵抗特性となるように設定したことを特徴とする。すなわち、放電管と直列に抵抗器を接続し、重水素放電管の負性抵抗特性に対し、抵抗器による正抵抗特性を加えることにより、電源から見た負荷特性を正抵抗特性に補正するのである。
【００１６】
また、本発明の望ましい実施形態においては、放電開始の初期状態と放電電流の安定制御状態とで、前記抵抗器の抵抗値を切り替える手段を備える。すなわち、放電開始初期のグロー放電状態においてはより大きな負性抵抗特性をもつので、比較的大きな抵抗器を接続し、一方、放電電流を安定に継続させるアーク放電状態では比較的小さな負性抵抗特性をもつので、比較的小さな抵抗器を接続して補正するのである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の望ましい実施態様によれば、重水素放電管の点灯を確実に継続させ、放射光量の安定度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の望ましい他の実施態様によれば、測定精度を向上した分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置を提供することができる。
【００１９】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の望ましい一実施例においては、複数の抵抗器を接続して、放電開始時に必要な最大抵抗値を形成し、放電開始直後には、接続された抵抗器の一部を短絡して、継続放電状態に合わせた抵抗値を形成するように構成する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例による重水素放電管の電源装置の電気回路構成図である。
【００２２】
電源入力端子１には、直流電圧を入力する。電力変換器２は、入力された直流電圧をパルス幅変調することにより、トランス３の１次側コイル３０１に印加する電圧をパルス幅にて制御するＤＣチョッパである。もちろん、ＰＷＭインバータを用いることもできるが、本実施例では、ＤＣチョッパを用い、スイッチング素子１個の簡単な構成で実現している。
【００２３】
さて、ＤＣチョッパのパルス周期を一定にしてパルス幅を広げるとコイル３０１に流れる電流は増加し、パルス幅を狭くすると、コイル３０１に流れる電流は減少する。トランス３の２次側のコイル３０２には、１次側コイル３０１に流れる電流に比例したパルス電圧が発生する。
【００２４】
３倍圧整流回路４の出力側には、トランジスタ１１によるスイッチが開放の状態では無負荷状態となり、２次側コイル３０２に発生するパルス電圧のピーク電圧を３倍した直流高電圧が発生する。この実施例では、３倍圧としたが、必要に応じて、倍電圧または４倍圧以上とすることもできる。３倍圧整流回路４の出力電圧は、リアクトル７とコンデンサ８によるＬＣフィルタ回路により平滑され、滑らかな直流高電圧が得られる。
【００２５】
この直流高電圧は、分圧抵抗器１８により、直流高電圧の大きさに比例した信号を出力し、ダイオード１９のアノードに伝わる。ダイオード１９のカソードは、ダイオード２０のカソードと接続されており、ダイオード１９のアノード電圧が、ダイオード２０のアノード電圧より大きい時だけ、カソードに伝わり、設定（指令）値と比較され、差分がＰＷＭ制御装置２１に伝えられる。すなわち、ダイオード１９と２０の突合せによる高位優先回路を構成している。
【００２６】
設定値と負帰還値との差分出力信号は、ＰＷＭ制御装置２１に伝えられ、差分を小さくするように、ＰＷＭのパルス幅制御を行なう。この結果、コンデンサ８に充電される直流電圧、あるいは、重水素放電管２４の放電電流の値が設定値と等しくなるように制御される。つまり、ＬＣフィルタのコンデンサ８の電圧が高いうちは、そのＡＶＲ制御系を構成し、コンデンサ８の電圧が低くなると、相対的に放電電流検出値の方が大きくなるので、前記高位優先回路により、自動的にＡＣＲ制御系へと移行する。
【００２７】
トランス３の２次側のコイル３０３にも、１次側コイル３０１に流れる電流相当の電圧が発生する。この電圧は、ダイオード１６で整流され、コンデンサ１５に充電され、コンデンサ１５の両端に直流電圧を発生させる。なお、２２は、重水素放電管２４のカソード用のヒータ回路である。
【００２８】
さて、点灯開始信号入力端子２５に電圧が印加されると、ホトカプラ１４内の発光ダイオードに電流が流れ発光し、同ホトカプラ１４内のホトトランジスタをＯＮにする。この結果、コンデンサ１５の両端に発生した直流電圧がトランジスタ１１のゲートとソース間に印加され、トランジスタ１１がオンする。このため、コンデンサ８に充電されていた直流高電圧が、重水素放電管２４への接続端子２３を通して、重水素放電管２４のアノードとカソード間に印加され、重水素放電管２４は、直流高電圧により放電を開始する。
【００２９】
放電開始時の放電電流は、抵抗器９と抵抗器１０を通り、重水素放電管２４に流れこむ。放電開始時の重水素放電管２４のアノードとカソード間抵抗は、放電開始前の開放状態から数μｓで数Ω程度まで変化する。このため、急激に放電電流が増加し、電源からの出力電流が増加すると、コンデンサ８に充電された直流高電圧は放電により低下し、３倍圧整流回路４内のコンデンサの充電により３倍圧の電圧を発生していた電荷も放電し、出力電圧は低下する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施例における３倍圧整流回路４の回路図である。図中、Ｃはコンデンサ、Ｄはダイオードを示し、公知であるので、その動作説明は省略する。
【００３１】
さて、図１に戻り、トランス３の２次側コイル３０２から出力されるパルス電圧をダイオード５で整流し、ＬＣフィルタのリアクトル７とコンデンサ８に流し込み、コンデンサ８を充電すると共に、重水素放電管２４の放電電流として供給する。
【００３２】
トランス３の２次側コイル３０２から出力されるパルスが、ＯＮからＯＦＦ状態になると、リアクトル７は、ＯＦＦになる前に流れ込んだ電流に近い電流を放出する。この電流は、コンデンサ８に充電されると共に、重水素放電管２４の放電電流として供給され、電流検出回路１７を通り、ダイオード６を通りリアクトル７に戻る。
【００３３】
この結果、電流検出回路１７から放電電流に比例した電流信号が出力され、高位優先回路のダイオード２０のアノードに伝わる。一方、高位優先回路の他方のダイオード１９のアノード電圧は、前述の理由により低下するため、ダイオード２０を通る電流信号が、設定値と比較され差分をＰＷＭ制御回路２１に伝えるように、自動的に切り替わる。設定（指令）値と負帰還値との差分出力信号は、ＰＷＭ制御回路２１に伝えられ、差分を小さくするように、ＤＣチョッパ２の出力電圧を増減する制御を行なう。
【００３４】
図５は、本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置における重水素放電管の点灯開始特性である電圧と電流の変化を示すグラフである。図５の点灯開始特性と、図３の従来技術における点灯開始特性を比較すると、放電電流が放電開始時の過渡状態から設定電流値へ発振現象もなく安定して制御されていることが判る。
【００３５】
本実施例によれば、点灯開始から２００μｓ経過した時点で、放電電流が設定値の０．３（Ａ）に達している。また、図３の従来技術における点灯開始特性の点灯開始直後の電流ピーク値は、１０（Ａ）を超えていたが、図５の本発明の一実施例における点灯開始特性においては、点灯開始直後の電流ピーク値は約３（Ａ）である。これは、抵抗器９と抵抗器１０の和により電流が制限された結果である。放電電流が、設定値の０．３（Ａ）に達する過程での重水素放電管２４の大きな負性抵抗特性を、抵抗器９と抵抗器１０の和により放電補正され、電源から見た負荷特性が正抵抗特性になっている。このため、負帰還による比例制御によって従来発生していた発振現象は発生しない。
【００３６】
点灯開始信号入力端子２５に電圧が印加されて、ホトカプラ１４内の発光ダイオードに電流が流れ発光し、同ホトカプラ１４内のホトトランジスタをＯＮにすることで、遅延回路１３にコンデンサ１５の両端に発生した直流電圧が加わる。本実施例では、５００μｓ後に遅延回路１３を通過した電圧が、トランジスタ１２によるスイッチを閉じる。この結果、抵抗器１０の両端が短絡され、重水素放電管２４と直列に接続される抵抗器は、抵抗器９のみとなる。放電開始直後は、放電電流の変化領域が数アンペアになり、広い範囲の負性抵抗特性を補正する必要があるが、設定電流に到達した後の放電電流の変動幅は、１（ｍＡ）以下になる。このため、負性抵抗の補正領域は大幅に狭められ、抵抗器９だけで負性抵抗特性を補正することが可能になる。この実施例においては、抵抗器９が約４０Ω、抵抗器１０は約１００Ωとした。
【００３７】
図６は、本発明の一実施例による重水素放電管の負性抵抗特性と抵抗器による補正特性を示すグラフである。図には、安定アーク放電継続状態における補正前特性と、抵抗器９のみによる補正後の特性を示している。したがって、両者間の差電圧が、抵抗器９の両端に掛かる補正電圧である。補正後の特性は、右上がりの正抵抗特性になっており、負帰還による比例制御系によって、放電電流を設定（指令）電流値に一致させ安定させることができる。
【００３８】
図７は、本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置を用いた分析装置である分光光度計の概略機能構成図である。重水素放電管２４は、分光光度計や液体クロマトグラフ等の分析装置用検出器における紫外波長域分析の光源として使われる。この点灯用電源となる放電管電源を搭載した装置（図７）の一実施例を以下に示す。
【００３９】
重水素放電管２４を点灯させるために、装置全体を制御するマイコン３９からヒータＯＮ／ＯＦＦ信号３１のＯＮ信号が、約２０秒後にランプＯＮ／ＯＦＦ信号４０のＯＮ信号が、それぞれ放電管電源３０に出力される。重水素放電管２４が点灯すると、放電管電源３０から点灯ステータス信号４１のＯＮ信号がマイコン３９へ出力される。
【００４０】
オペレータ指定の測定波長はマイコン３９からの波長設定信号４６により、回折格子３２が駆動され、設定される。
【００４１】
重水素放電管２４からの放射光は、回折格子３２にて分光され、オペレータ指定波長光がハーフミラー３３に照射され、参照光となるリファレンス光（Ｒ光）３５と測定試料の存在するセル３４への照射光に分けられる。リファレンス光（Ｒ光）３５は、Ｒ光検知器３６とＲ光プリアンプ３７を介してアナログ電気信号に変換され、Ｒ光ＡＤ変換器３８によりデジタルデータが生成され、マイコン３９へ入力される。
【００４２】
一方、セル３４を通過し、試料により吸収されなかったサンプル光（Ｓ光）４２は、Ｓ光検知器４３に照射され、Ｓ光プリアンプ４４、Ｓ光ＡＤ変換器４５を介して、マイコン３９へ入力される。ここで、マイコン３９ではリファレンス光（Ｒ光）３５、サンプル光（Ｓ光）４２、各々のデジタルデータを基に吸光度演算を行い、装置の測定データとして出力する。
【００４３】
本実施例によれば、分光光度計や液体クロマトグラフなどの分析装置において、吸光度データの光源ゆらぎノイズを低減することができる
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例による重水素放電管の電源装置の電気回路構成図である。
【図２】本発明の一実施例における３倍圧整流回路４の回路図である。
【図３】従来技術における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。
【図４】従来技術の前記発振状態における重水素放電管のアノードとカソード間電圧の変化と放電電流の変化の例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置における重水素放電管の点灯開始特性である電圧と電流の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施例による重水素放電管の負性抵抗特性と抵抗器による補正特性を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例による重水素放電管用電源装置を用いた分析装置である分光光度計の概略機能構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…電源の入力端子、２…電力変換器（ＤＣチョッパ）、３…トランス、３０１…１次側コイル、３０２…２次側コイル、３０３…２次側コイル、４…３倍圧整流回路、５，６，１６，１９，２０…ダイオード、７…リアクトル、８，１５…コンデンサ、９，１０…抵抗器、１１，１２…トランジスタ、１３…遅延回路、１４…ホトカプラ、１７…電流検出回路、１８…電圧検出用分圧抵抗器、２１…ＰＷＭ制御装置、２２…ヒータ回路、２３…重水素放電管接続端子、２４…重水素放電管、３０…放電管電源、３２…回折格子、３３…ハーフミラー、３４…セル、３５…リファレンス光（Ｒ光）、３６…Ｒ光検知器、３７…Ｒ光プリアンプ、３８…Ｒ光ＡＤ変換器、３９…マイコン、４２…サンプル光（Ｓ光）、４３…Ｓ光検知器、４４…Ｓ光プリアンプ、４５…Ｓ光ＡＤ変換器。
【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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