(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分析計の検出器用フォトダイオードに接続された初段増幅器から該初段増幅器における時定数により決まる一定の降下時間の幅を有するスパイクノイズを含んで出力される信号を二つの信号ラインに分け、そのうち一方の信号ラインにおいては前記出力信号を少なくともスパイクノイズの検出に必要な時間だけ遅延させる一方、他方の信号ラインにおいては遅延前の前記出力信号からスパイクノイズを検出し、このスパイクノイズの検出時から該スパイクノイズの波高値の大きさに比例する時間長さでパルス信号を発生させ、このパルス信号が発生されている間だけ前記一方の信号ラインで遅延された信号の伝達を阻止することによりスパイクノイズが含まれる部分の信号を切り取り、そのスパイクノイズが含まれる部分が切り取られた信号を同期整流し、かつ、平滑して直流信号としガス分析に用いることを特徴とするガス分析計のスパイクノイズ除去方法。
【請求項２】
ガス分析計の検出器用フォトダイオードに接続された初段増幅器から該初段増幅器における時定数により決まる一定の降下時間の幅を有するスパイクノイズを含んで出力される信号が入力する二つの信号ラインを有し、一方の信号ラインには前記出力信号を少なくともスパイクノイズの検出に必要な時間だけ遅延する信号遅延部が設けられている一方、他方の信号ラインには遅延前の前記出力信号からスパイクノイズを検出するスパイクノイズ検出部と、前記スパイクノイズ検出部がスパイクノイズを検出した時に該スパイクノイズの波高値の大きさに比例する時間長さでパルス信号を発生する発生時間可変型のパルス発生部と、前記パルス信号が発生している状態では前記一方の信号ラインで遅延された信号の伝達を阻止してスパイクノイズが含まれる部分の信号を切り取るスイッチ回路及びそのスパイクノイズが含まれる部分が切り取られた後の信号を同期整流し、かつ、平滑して直流信号とする平滑回路を含む同期整流回路から構成されるスパイクノイズ除去部とが設けられていることを特徴とするガス分析計のスパイクノイズ除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分析計のスパイクノイズ除去方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、例えば化学発光法のガス分析計の検出器として用いられるフォトダイオードＰから入力される信号は、図３のような回路によって処理されて、ガス分析に用いられる。図３において、２は前記フォトダイオードＰに接続された初段増幅器、１０は初段増幅器２で増幅された信号を整流する整流用増幅器、１１は整流された信号を積分する積分用バッファ、１２は積分された信号をサンプルし保持するバッファであり、これらの整流用増幅器１０，バッファ１２，１３などによって同期整流回路４ｂを形成している。
【０００３】
図４は図３の回路中の各部の波形を例示している。すなわち、フォトダイオードＰを検出器に用いた場合、電磁波やα波などの外乱の影響で、入力信号Ｓp にスパイクノイズＮp が含有されている。このスパイクノイズＮp はインパルス性のノイズであるが、初段増幅器２（電流電圧変換）によって増幅されるとき、出力された信号Ｓ2 に含まれたスパイクノイズＮ2 は、初段増幅器２に設けられた帰還抵抗ＲｆおよびコンデンサＣｆによって時定数（τ＝Ｒｆ×Ｃｆ）による降下時間Ｔ1 （約２．３τ程度）を持つため幅が少し広くなる。
【０００４】
また、前記信号Ｓ2 は例えば１Ｈｚの周波数で正負が切り換わる交流信号であるから、これを積分する前にまず整流する必要がある。Ｓｙは信号Ｓ2 に同期して１秒ごとに切り換わる同期信号であり、ＳW1 はこの同期信号Ｓｙによってスイッチングされるスイッチである。図のように組み合わされた３つの抵抗ｒ，スイッチＳW1，増幅器１０は同期信号Ｓｙよって増幅率の正負が切り換わる同期整流回路であり、この同期整流回路によって前記信号Ｓ2 は直流信号Ｓ10 となる。
【０００５】
そして、整流された信号Ｓ10 は抵抗ＲとコンデンサＣおよびバッファ１１からなる積分回路（平滑回路）によって積分されて信号Ｓ11 となる。さらに、前記信号Ｓ11 はサンプル／ホールド信号Ｓ／Ｈによって動作するスイッチＳW2，コンデンサＣ1 およびバッファ１２によって断続的に伝達されて信号Ｓ12 となる。
【０００６】
図４に示した例の場合、フォトダイオードＰからの信号Ｓp は徐々に大きくなっているので、本来なら仮想線で示すような階段状の信号Ｓ12’が出力されるはずであるが、実際には積分回路で前記スパイクノイズＮ10を共に積分しているので、時定数（τ＝Ｒ×Ｃ）の２．３倍程の時間Ｔ2 の信号Ｓ11,Ｓ12 がノイズＮ2 の影響を受けて、少し高くなってしまう。
【０００７】
そこで、図外の検知回路でスパイクノイズＮp を検知して、スパイクノイズＮp の検出時から時間Ｔ2 の間パルスを発生するホールド信号Ｈを生成する。このホールド信号Ｈがアクティブになった時点で、前記積分回路にすでにスパイクノイズＮ10 が入力されているので、この時点より前の状態の信号Ｓ11 を出力している前記信号Ｓ12 をホールド信号Ｈによって動作するスイッチＳW3 およびコンデンサＣ2 によってホールドした信号ＳC2をガス分析に用いるようにしていた。すなわち、スパイクノイズＮp を検出した際は同期整流後の信号Ｓ12 をスパイクノイズＮp の影響がなくなるまで一定時間Ｔ2 の間無視するようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の方法では同期整流された信号Ｓ10 の積分を計算する平滑回路の時定数以上の一定時間（例えば、時定数×２．３倍の時間）の信号Ｓ12 を無視する必要があるため、信号の無効時間Ｔ2 が長くなる欠点があった。特に、上述した例のように検出器から入力される信号の大きさが変化しているときに、長い時間Ｔ2 の間信号を入力できないと、ガス分析計が正確なガス分析を行うことができないこともあった。
【０００９】
本発明はこのような実情を考慮に入れてなされたものであって、検出器としてフォトダイオードを用いたガス分析計のように電磁波やα波などによるスパイクノイズを含む信号を検出するガス分析計に関して、必要最小限の時間だけを無効にしてスパイクノイズの影響を除去できるガス分析計のスパイクノイズ除去方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
すなわち、本発明のガス分析計のスパイクノイズ除去方法は、ガス分析計の検出器用フォトダイオードに接続された初段増幅器から該初段増幅器における時定数により決まる一定の降下時間の幅を有するスパイクノイズを含んで出力される信号を二つの信号ラインに分け、そのうち一方の信号ラインにおいては前記出力信号を少なくともスパイクノイズの検出に必要な時間だけ遅延させる一方、他方の信号ラインにおいては遅延前の前記出力信号からスパイクノイズを検出し、このスパイクノイズの検出時から該スパイクノイズの波高値の大きさに比例する時間長さでパルス信号を発生させ、このパルス信号が発生されている間だけ前記一方の信号ラインで遅延された信号の伝達を阻止することによりスパイクノイズが含まれる部分の信号を切り取り、そのスパイクノイズが含まれる部分が切り取られた信号を同期整流し、かつ、平滑して直流信号としガス分析に用いることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のガス分析計のスパイクノイズ除去装置は、ガス分析計の検出器用フォトダイオードに接続された初段増幅器から該初段増幅器における時定数により決まる一定の降下時間の幅を有するスパイクノイズを含んで出力される信号が入力する二つの信号ラインを有し、一方の信号ラインには前記出力信号を少なくともスパイクノイズの検出に必要な時間だけ遅延する信号遅延部が設けられている一方、他方の信号ラインには遅延前の前記出力信号からスパイクノイズを検出するスパイクノイズ検出部と、前記スパイクノイズ検出部がスパイクノイズを検出した時に該スパイクノイズの波高値の大きさに比例する時間長さでパルス信号を発生する発生時間可変型のパルス発生部と、前記パルス信号が発生している状態では前記一方の信号ラインで遅延された信号の伝達を阻止してスパイクノイズが含まれる部分の信号を切り取るスイッチ回路及びそのスパイクノイズが含まれる部分が切り取られた後の信号を同期整流し、かつ、平滑して直流信号とする平滑回路を含む同期整流回路から構成されるスパイクノイズ除去部とが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
したがって、本発明によれば、遅延前の信号を用いてスパイクノイズを検出し、その波高値の大きさに比例する時間長さで発生されるパルス信号を用いて遅延後の信号の伝達を阻止してスパイクノイズが含まれる信号を切り取るといったように、スパイクノイズの波高値の大きさに比例する極く短い必要最小限の時間の信号を無効するだけで、平滑回路の時定数などには関係なく、スパイクノイズの影響を可及的に除去できる。これによって、スパイクノイズが含まれることが多い検出器用フォトダイオードの出力信号を用いたガス分析計において、フォトダイオードからの入力信号が外乱の影響で頻繁に変化する場合であっても、ガス分析に与える影響を飛躍的に抑え、正確かつ信頼性の高いガス分析を行うことができる。
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を示している。この図において、１はスパイクノイズ除去装置を表わしており、フォトダイオードＰから初段増幅器２を介して入力された信号からスパイクノイズを除去する装置である。このスパイクノイズ除去装置１は、遅延素子からなる信号遅延部３と、スイッチ回路４ａと同期整流回路４ｂを設けて構成されたスパイクノイズ除去部４と、スパイクノイズ検出部５と、例えば可変型の単安定マルチバイブレータであるパルス発生部６とからなっている。
【００１５】
図２は図１内の各部の信号からスパイクノイズのみを抽出した説明用の模擬的な信号波形を示す波形図である。以下、図１の各部の動作について、図２の信号波形を参照しながら説明する。
【００１６】
図２に示すように、フォトダイオードＰから入力される時点での信号Ｓp には電磁波やα波等の外乱の影響でスパイクノイズＮp1 ，Ｎp2 が含まれている。これらスパイクノイズＮp１ ，Ｎp2 インパルスノイズであるが、初段増幅器２によって増幅されるとき、初段増幅器２に設けられた帰還抵抗ＲｆおよびコンデンサＣｆによって定まった時定数（τ＝Ｒｆ×Ｃｆ）によって決まる一定の降下時間Ｔ21 ，Ｔ22 （例えば時定数の２．３倍）をかけて小さくなる。したがって、初段増幅器２から出力される信号Ｓ2 には、降下時間Ｔ21 ，Ｔ22 の幅を有するノイズＮ21 ，Ｎ22 が含まれる。
【００１７】
本発明は前記信号Ｓ2 を二つの信号ライン７，８に分けて処理している。すなち、第１の信号ライン７においては、遅延素子３によって信号Ｓ2 をスパイクノイズＮ21 ，Ｎ22の検出に必要な時間ＴD だけ遅延している。また、第２の信号ライン８においては、前記信号Ｓ2 をスパイクノイズ検出部５に入力することにより、遅延前の信号Ｓ2 からスパイクノイズＮ21 ，Ｎ22 を検出する。
【００１８】
スパイクノイズ検出部５はスパイクノイズＮ21 ，Ｎ22 を検出すると、これに接続された波高値測定部９に出力し、これを受けた波高値測定部９は、これに入力されるスパイクノイズＮ21，Ｎ22 の波高値ｘ1 ，ｘ2 を測定し、これに時定数（τ＝Ｒｆ×Ｃｆ）から予め算出した定数ａを乗算することにより、該波高値測定部９に接続されたパルス発生部６が生成するパルス信号の時間Ｔb1，Ｔb2 を算出する。そして、パルス発生部６はこの時間Ｔb1，Ｔb2 の間パルス信号Ｐ61，Ｐ62 を生成し、このパルス信号Ｐ61，Ｐ62 に基づいて遅延した信号Ｓ3 を無効とすることにより、スパイクノイズＮ31，Ｎ32 の部分のみを除去することができる。
【００１９】
一方、遅延部３から出力された信号Ｓ3 は、遅延部３によって時間ＴD だけ遅らせており、この遅延時間ＴD は少なくとも前記スパイクノイズＮ21 ，Ｎ22 の検出に必要な時間ＴD ' 以上である。したがって、遅延後の信号Ｓ3 を前記パルス信号Ｐ61，Ｐ62 によってＢ接点動作するスイッチ回路４ａによってスイッチすることにより、スパイクノイズＮ31  ，Ｎ32 が含まれる部分の信号Ｓ3 だけを切り取り、この部分だけを無効信号とすることができる。
【００２０】
ここで、前記スパイクノイズＮ21，Ｎ22 の幅Ｔ21，Ｔ22 は、このスパイクノイズＮ21，Ｎ22の波高値ｘ1 ，ｘ2 に比例して広くなるので、本例のようにスパイクノイズの波高値ｘ1 ，ｘ2 に比例する長さを有するパルス信号Ｐ61,Ｐ62を用いてスパイクノイズＮ31，Ｎ32 を除去することにより、必要最小限の時間だけ信号Ｓ3 を無効とすることができる。したがって、スパイクノイズＮ31 ，Ｎ32 が含まれる部分だけを予め切り取った信号Ｓ3 を従来から用いられる同期整流回路４ｂ（図３も参照）を用いて同期整流し、平滑することにより、ガス分析に用いられる測定信号Ｓ4 にはスパイクノイズＮｐ1 ，Ｎp2 の影響が現れることは全くなく、ガス分析に対する信頼性を向上でき、高精度の測定を行うことができる。
【００２１】
なお、上述したスパイクノイズＮ21 ，Ｎ22 の検出に必要な時間ＴD ' は極めて短く、一般的に数百ナノ秒程度である。また、初段増幅器２に設けられた帰還抵抗ＲｆおよびコンデンサＣｆによって定まった時定数（τ＝Ｒｆ×Ｃｆ）は、図３に示したような同期整流回路４ｂ内に設けた平滑回路の時定数（τ＝ＲＣ）よりもはるかに小さく、無視できる程度の時間である。したがって、本発明を実施することにより、無効とする信号の部分を最小限にすることができるので、信号に対する信頼性を向上でき、この信号を用いたガス分析の精度を向上させることができる。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
なお、上述の各例では、スパイクノイズを除去するために同期整流回路４ｂの前段にスイッチ回路４ａを設けているが、本発明はこれに限られるものではなく、同期整流回路４の途中に任意のスイッチ回路を設けて、スパイクノイズの部分だけを無効とするようにしてもよい。すなわち、積分回路（平滑処理を施す回路）の前段であればどの位置においてスパイクノイズを除去してもよい。
【００２８】
また、上述の各例では、検出器用フォトダイオードの出力信号にスパイクノイズが含まれるガス分析計の例として化学発光法ガス分析計を例示しているが、本発明は化学発光法のガス分析計の検出器に限られるものではなく、Ｘ線を用いたガス分析計など他の機器にも用いることができる技術であることは言うまでもない。
【００２９】
さらに、上述の例では、パルス発生部６が単安定マルチバイブレータ（ワンショットマルチバイブレータ）であり、より簡潔な構成でなされている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば、タイマー回路を用いたパルス発生回路を用いるなど、様々な方法が考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス分析計のスパイクノイズ除去方法およびその装置によれば、遅延前の信号を用いてスパイクノイズを検出し、遅延後の信号をスパイクノイズの影響が現れる所定時間のみ無効とするので、検出器用フォトダイオードから入力されたスパイクノイズの影響を極めて短い無効時間だけ除去することができる。すなわち、前記検出器からの信号を積分回路に入力する前にスパイクノイズを除去しているので、この積分回路の時定数に全く関係なく、はるかに短い必要最小限の時間でスパイクノイズの影響を除去できる。そうすることにより、スパイクノイズが含まれる検出器の出力信号を用いたガス分析計において、検出器からの入力信号が頻繁に変化するような場合であっても、ガス分析に悪影響を与えることがない。
【００３１】
特に、前記パルス発生部がスパイクノイズの波高値の大きさに比例してパルスを発生する所定時間を長くする可変型であるから、入力されたスパイクノイズの影響を受ける時間を計算して可及的に必要最小限の時間だけ信号の無効時間としているので、無効時間を極力抑えることにより、スパイクノイズが含まれる検出器用フォトダイオードの出力信号に対する信頼性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガス分析計のスパイクノイズ除去装置の一例を示すブロック図である。
【図２】  図１の各部を流れる信号からスパイクノイズだけを取出した説明用の波形図である。
【図３】  従来から用いられるガス分析計のスパイクノイズ除去装置の例を示すブロック図である。
【図４】  図３のスパイクノイズ除去装置の各部における信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１…スパイクノイズ除去装置、２…初段増幅器、３…信号遅延部、４…スパイクノイズ除去部、４ａ…スイッチ回路、４ｂ…同期整流回路、５…スパイクノイズ検出部、６…パルス発生部、９…波高値測定部、Ｎ21 ，Ｎ22 …スパイクノイズ、Ｐ61，Ｐ62…パルス信号、Ｓ2 …初段増幅器が出力する信号、Ｓ3 …遅延した信号、Ｐ…検出器用フォトダイオード、Ｔa ，Ｔb1，Ｔb2 …所定時間、ＴD …スパイクノイズの検出に必要な時間、ｘ1,ｘ2 …波高値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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