测量器的制作方法

本发明涉及离子色谱仪的检测器所采用的电导率检测器等的、使用交流信号测量物理量的测量器。

背景技术：

在离子色谱仪中，大多采用电导率检测器作为用于检测被色谱柱分离的试样的各成分(离子)的检测器。在电导率检测器中，向一对电极之间施加电压，通过测量在两电极间流动的电流，计算在两电极间流动的洗脱液的电导率，并检测被离子色谱仪分离的成分，该一对电极配置为夹着来自离子色谱仪的洗脱液(试样液)的流路。在此，由于若使施加在两电极间的电压为直流电，则在电极间产生极化从而不能够测量正确的电导率，所以电压采用振幅、频率恒定的交流电(例如正弦波)。

在图9中示出以往的电导率检测器10的基本电路。传感器部12由配置为夹着试样液的一对电极构成，从交流电源11向传感器部12施加正弦波状的交流电压。由此，在两电极间流动有与存在于两电极之间的试样液的电导率相对应的电流。虽然放大器13产生与在传感器部12中流动的电流相对应的电压信号，但是与电流的大小相对应的放大器13的输出电压信号的大小(增益)能够根据设置在放大器13的可变电阻14的值进行调整。放大器13的输出信号在乘法部16与参考信号(正弦波)相乘，该参考信号具有与交流电源11相同的频率以及相位。从乘法部16输出的信号具有与传感器部12中的试样的电导率成比例的偏移(直流成分)，并具有重叠了频率为初始信号(交流电源11的信号，参考信号输出部15的参考信号)的2倍的余弦波的波动(交流成分)的波形。使该输出信号通过低通滤波器(lpf)17从而除去波动，由此得到表示试样的电导率的信号(直流电压)。

在传感器部12中流动的试样液的电导率非常大的情况下，在两电极间流动的电流变得非常大，乘法部16等的后续的电路无法应对这样过大的信号从而输出变得饱和。相反地，在试样液的电导率非常小的情况下，输出信号将被噪声掩埋。因此，通过变更可变电阻14的值来调整放大器13的增益，从而使放大器13的输出收敛在适当的范围内。然后，将补偿放大器18放置在低通滤波器17的后面，从而使由放大器13引起的增幅(衰减)回到原样。例如，利用可变电阻14将放大器13的增益变为1/x倍时，利用可变电阻19将补偿放大器18的增益变为x倍。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平08-129000号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

在上述的检测电路中，为了充分地除去交流成分的波动，将低通滤波器17的时间常数δt设为比电源11的周期足够大(10倍左右以上的)的值。根据该低通滤波器17的时间常数δt，而与传感器部12中的变化相对应地产生的信号在低通滤波器17中发生延迟。为此，若同时地切换放大器13的增益(可变电阻14的值)与补偿放大器18的增益(可变电阻19的值)，则例如如图10所示，在低通滤波器17的输出信号中产生与该时间差δt相对应的异常(尖峰)。此外，在试样液的电导率的变化速度原本就很大的情况下，在上述以往的检测电路中不能够进行充分追踪了该变化的检测。

上述技术问题并不限于电导率检测器，而是与通过交流信号连续地对测量对象的物理量进行测量的测量器普遍相关的技术问题。

本发明所要解决的技术问题，是提供一种测量器，能够追踪测量对象的物理量的变化，并且也能够正确地应对增益切换等。

用于解决上述技术问题的方案

为了解决上述技术问题而完成的本发明的测量器，其特征在于，具备：

a)传感器部，输出交流信号，该交流信号具有与测量对象的物理量相对应的振幅；

b)参考信号输出部，输出参考信号，该参考信号具有与所述交流信号相同的频率、相同的相位；

c)乘法部，将所述交流信号与所述参考信号相乘；

d)a/d转换部，设置在所述乘法部之前或者之后；

e)累计部，在规定时间将作为所述乘法部的输出的数字信号进行累计。

在上述测量器中，a/d转换部可以将两个模拟信号在乘法部相乘后的信号(余弦信号)进行a/d转换，也可以将传感器部输出的交流信号与参考信号分别在乘法部之前进行a/d转换。在后一种情况下，乘法部也将数字化后的信号相乘。前一种方案的情况下的基本电路如图1所示，后一种方案的情况下的基本电路如图2所示。在所有的情况下，对与图9的以往的基本电路相同的要素赋予相同的附图标记。在图1的测量器20中，由传感器部12的输出信号与参考信号相乘产生的余弦信号通过a/d转换部21被转换为数字数据，在累计部27中在规定的时间进行累计并输出。此外，在图2的测量器30中，将传感器部12的输出信号与参考信号分别由a/d转换部31、32转换为数字数据后，在乘法部36中相乘。输出在规定时间将该相乘结果进行累计的结果。作为该规定时间，若考虑到方便计算，则优选为所述交流信号的1/2周期或者1周期。若在a/d转换部的采样周期充分短、能够充分精密地再现交流信号或者其相乘结果即余弦信号的情况下采集数据，也可以设定为与交流信号的周期具有规定关系的时间，通过计算求出1周期或者1/2的累计值。

在图1以及图2所示的方案的测量器20、30中，在规定的时间累计的结果的值，由于与该交流信号的振幅相对应，所以与测量对象的物理量相对应。因此，仅通过交流信号的1周期时间的延迟就能够对对象的物理量进行测量。即，与以往的使用了交流信号的10倍以上的时间常数的低通滤波器的情况相比，能够极高速地追踪物理量的变化。

在测量对象的物理量的变化幅度非常大的情况下，有可能超过所述a/d转换部21、31、32的可转换范围(动态范围)。在这样的情况下，本发明的测量器能够与以往同样地具备前段的放大器以及后段的补偿放大器。即，本发明的测量器的第2方案的装置，除上述构成之外，还分别具备第1放大器、第2放大器，该第1放大器在所述传感器部与所述乘法部之间，该第2放大器在所述累计部之后，具有该第1放大器的倒数的增益(反增益)。在图1的测量器20中附加了这些放大器后的装置如图3所示，在图2的测量器30中附加了这些放大器后的装置如图4所示。在图3以及图4的测量器40、50中，第2放大器28、38均为数字乘法器。

在该构成的测量器40、50中，在传感器部12输出的交流信号过大的情况下，利用第1放大器13使其衰减，并将该衰减部分在第2放大器28、38中对其进行增幅从而恢复到原始状态，由此能够避免a/d转换部21、31、32或者乘法部16、36中信号的饱和，从而进行正确的测量。此时，由于在这些测量器40、50中未使用低通滤波器，所以能够防止其时间常数的信号的时间差引起的输出信号的异常。另外，在传感器部12输出的交流信号过小而未能确保对于噪声的充分的强度的情况下(未得到充分的s/n比的情况)，相反地，在第1放大器13中将交流信号增幅，并在第2放大器28、38中对该增幅部分进行衰减从而恢复到原始状态。

若在交流信号的振幅超过考虑到所述可转换范围而设定的规定的阈值的时间点(或者低于考虑到所述充分的s/n比而设定的阈值的时间点)同时地使第1放大器13与第2放大器28、38的增益/反增益发生变化，则严格来说，大多数的情况下，在由累计部27、37进行1个周期时间的累计的中途将发生上述的增益变化。在这种情况下，相对于第1放大器13的增益变化在1个周期时间的数据的中途生效，而在1个周期的累计数据中混合了增幅(实际上为衰减)前的数据与增幅(衰减)后的数据，由于第2放大器28、38将1个周期时间的累计后的值在反增益中进行增幅，所以有可能该周期的数据不正确而产生尖峰。

为了补偿这种情况下的尖峰，本发明的测量器除了上述构成之外，还可以具备存储部，将所述乘法部的输出即数字数据，至少在所述交流信号的1周期的时间内依次保存。在图5中示出在图3的测量器40中附加了这样的存储部62后的测量器60的电路。在该测量器60中，在存储部62中始终预先按照周期保留第2放大器48的输出(余弦信号的1个周期时间的累计结果)。虽然通常第2放大器48的输出按原样成为测量器60的输出，但是在同时地切换第1放大器13以及第2放大器48的增益时，从存储部62取出该周期的输出。由此，能够防止尖峰的产生。

发明效果

本发明的测量器能够仅通过交流信号的1个周期的延迟对对象的物理量进行测量。即，与以往的使用了交流信号的10倍以上的时间常数的低通滤波器的情况相比，能够极高速地追踪物理量的变化。此外，即便在与变化的幅度非常大的物理量相对应地设置了用于切换增益的放大器、补偿放大器的情况下，也能够快速地应对这些增益切换从而进行正确的输出。

附图说明

图1是在本发明的第1方案的测量器中，将a/d转换部设置在乘法部之后的基本电路图。

图2是在本发明的第1方案的测量器中，将a/d转换部设置在乘法部之前的基本电路图。

图3是在本发明的第2方案的测量器中，将a/d转换部设置在乘法部之后的基本电路图。

图4是在本发明的第2方案的测量器中，将a/d转换部设置在乘法部之前的基本电路图。

图5是在本发明的第2方案的测量器中，设置了存储部的基本电路图。

图6是示出了本发明的一实施方式的电导率检测器的构成的图。

图7是示出了该实施方式的各部件的输出信号的波形的图。

图8是示出了本发明的实施方式的变形例的电导率检测器的构成的图。

图9是以往的交流信号测量器的基本电路图。

图10是在以往的交流信号测量器的基本电路图中，在增益的切换时产生的尖峰的例子。

具体实施方式

一边参考附图一边对本发明的测量器的实施方式进行说明。在以下的实施方式中，举例说明离子色谱仪所采用的电导率检测器。

图6是示出了本发明的一实施方式的电导率检测器的构成的图。电导率检测器100具有交流电源111、传感器部112、第1增幅部129、参考信号输出部115、乘法部116、a/d转换部121、累计部127、第2增幅部128、存储部162、输出选择部163以及对各部件进行控制的控制部170。

在交流电源111中，使用了输出规定的振幅、频率的正弦波状的交流电压的电压源。传感器部112由一对电极构成，该一对电极配置为夹着来自离子色谱仪的洗脱液的流路，该一对电极连接了交流电源111以及第1增幅部129。

第1增幅部129是由放大器113与可变电阻114构成的反转增幅电路，放大器113的反转输入端子连接所述传感器部112。第1增幅部129将按照由可变电阻114确定的增益对来自传感器部112的电流进行增幅后的电压信号进行输出。根据后述的来自增益控制部172的信号来设定可变电阻114的值。

乘法部116分别连接了第1增幅部129与参考信号输出部115，是将从这些部件输入的信号相乘并输出的电路，由模拟乘法电路构成。

a/d转换部121为模数转换器，将从乘法部116输入的模拟信号按规定的采样周期进行采样并转换为数字数据。该采样周期相对于交流电源111的输出频率被充分短地设定。在a/d转换部121中存在输入的信号的可变化范围(动态范围)，略低于其最大值的上限阈值与略高于该范围的最小值的下限阈值分别保存在控制部170内。

累计部127重复进行以下处理：将从a/d转换部121输入的数字数据在交流电源111的频率的1/2个周期的时间进行累计并输出。

第2增幅部128是数字乘法器，将从累计部127输入的数字数据与规定的增益相乘并输出。根据后述的来自增益控制部172的信号设定第2增幅器128的增益。

存储部162在规定时间保存从第2增幅部128输入的信号，并根据后述的控制部170的指示输出该保持的信号。输出选择部163将存储部162的输出端与电导率检测器100的输出端连接、或者没有经由存储部162而直接将第2增幅部128的输出端与电导率检测器100的输出端连接。

控制部170由输出测量部171、增益控制部172与输出控制部173构成。控制部170连接于第1增幅部129与第2增幅部128、存储部162、输出选择部163(省略图示)，并对连接的各部件进行控制。

输出测量部171对累计部127的输出端的信号进行监视，并将其测量值发送至增益控制部172。该测量值为直流成分，与从第1增幅部129输出的交流信号的振幅成比例。在增益控制部172中，保存了与a/d转换部121的所述上限阈值和所述下限阈值相对应的直流成分的阈值(直流上限值、直流下限值)，在所述测量值超过直流上限值或者低于直流下限值的情况下，向第1增幅部129发送增益变更的控制信号，由此进行调整以使后续的测量值落入从直流上限值到直流下限值的范围内。此外，增益控制部172在变更第1增幅部129的增益的同时，变更第2增幅部128的增益。第2增幅部128的增益被设定为第1增幅部129的增益的倒数。增益控制部172通知输出控制部173已进行了增益的切换。

输出控制部173控制输出选择部163。输出控制部173在收到所述增益的切换的通知之前，对输出选择部163进行控制，以使电导率检测器100的输出端与第2增幅部128的输出端不经由存储部162而连结。接着输出控制部173若收到了所述通知，则向输出选择部163发送切换信号。接收了该信号的输出选择部163，将电导率检测器100的输出端的连接对象从第2增幅部128的输出端切换至存储部162的输出端。输出控制部173在收到所述通知后，在来自交流电源111的交流信号的1/2周期的时间之后将切换信号发送至输出选择部163。接收了该切换信号的输出选择部163将电导率检测器100的输出端的连接对象从存储部162的输出端(未经由存储部162)切换至第2增幅部128的输出端。

接下来对本实施方式的电导率检测器的动作进行说明。首先，对所述交流信号在a/d转换器121的动态范围内变化的情况下的工作进行说明。

若从交流电源111向传感器部112施加交流电压，则与所述洗脱液的电导率相对应的振幅的交流电流在传感器部112的电极间流动。该交流电流被输入至第1增幅部129，从而成为根据第1增幅部129所设定的增益x而被增幅的交流信号(图7(a)的第1周期)。

若所述交流信号被输入到乘法部116，则与参考信号相乘，如图7(b)所示地，成为具有与所述洗脱液的电导率成比例的偏移(直流成分)，并重叠了频率为所述交流信号的2倍的余弦波的波动的余弦信号。接着该余弦信号由a/d转换部121转换为数字数据。

累计部127对从a/d转换部121发送的数字数据按照所述交流信号的1/2周期即余弦信号的1周期进行累计，并输出其累计值。由此，在累计的每个周期，输出与从余弦信号除去波动后的直流成分对应的数字数据(图7(c))。

第2增幅部128通过将累计后的数字数据与第1增幅部129的增益的倒数1/x相乘，使该数字数据恢复到按照第1增幅部129的增益x被增幅前的值(图7(d))。

虽然从第2增幅部128输出的数字数据被保存在存储部162，但是由于设定为在增益切换时以外电导率检测器100的输出端与第2增幅部128不经由存储部162而连接，所以第2增幅部128的输出原样地成为电导率检测器100的输出。

接下来对所述交流信号超过a/d转换器121的所述上限阈值的情况下的、第1增幅部129以及第2增幅部128的增益的切换动作进行说明。

增益控制部172在由输出测量部171测量的第2增幅部128的输出超过了规定的直流上限值的情况下，进行第1增幅部129以及第2增幅部128的增益的变更。在图7(c)的第2增幅部128的输出波形中，时刻tc1的输出值超过了直流上限值。增益控制部172在时刻tc1时，发送使第1增幅部129的增益为当前的增益x的1/2倍的信号，并且发送使第2增幅部128的增益为当前的增益1/x的2倍的信号。若两增幅部的增益在时刻tc2时被切换，则在该时刻tc2以后的从第1增幅部129输出的交流信号的振幅变小，向a/d转换部121输入的信号落入a/d转换部121的动态范围的范围内(图7(a))。另外，变更增益的倍率可以是2倍以外，也可以根据动态范围或者预想的直流信号的变化速度而适当地设定。

若上述增益在由累计部127进行累计的中途被切换，则从累计部127输出在1次的累计数据中混合了增益切换前的数据与切换后的数据的值。由于在该数字数据中，与切换后的增益相乘，所以在从第2增幅部128输出的数据上，产生如图7(d)的虚线所示的尖峰。

输出控制部173若从增益控制部172接收了增益的切换的通知，则向输出选择部163发送切换信号。接收了该信号，输出选择部163将电导率检测器100的输出端的连接对象切换为存储部162的输出端，从而将存储部162的输出作为电导率检测器100的输出。接着，在输出接下来的数字数据时，输出控制部173向输出控制部163发送切换信号，接收到该信号的输出控制部163将电导率检测器100的输出端的连接对象切换至第2增幅部128的输出端。虽然如前所述在刚刚进行增益切换后的第2增幅部128的输出中产生了尖峰，但是通过切换输出选择部163，防止了尖峰的输出，进而能够得到如图7(d)的实线所示的没有尖峰的输出。

对于电导率随着时间减少并低于下限值的情况，将第1增幅部129的增益设定为当前的增益x的2倍且将第2增幅部128的增益设定为当前的增幅1/x的1/2倍，其他处理与上述实施方式同样地进行，由此能够进行增益的切换。

另外，上述实施方式为一例，显然能够按照本发明的主旨进行适当变形或者修改。例如在上述实施方式中，虽然将累计部的累计时间设为交流信号的1/2周期的时间，但也可以更长。通过将该情况下的累计时间设定为交流信号的1/2周期的整数倍，能够除去信号的交流成分。此外，虽然输出选择部将存储部的输出端与测量器的输出端相连接的时间设为交流信号的1/2周期的时间，但是也可以是更长的时间。

此外，也可以构成为将a/d转换部设置在乘法部之前(图8)。在该变形例中，构成如下：通过设置在乘法部116之前的a/d转换部131、132，分别将来自第1增幅部129的交流信号与来自参考信号输出部115的参考信号转换为数字数据，乘法部116将这些数字数据相乘。除此以外的构成与上述实施方式相同。

附图标记说明

10、100、200电导率检测器

11、111交流电源

12、112传感器部

13、28、38、113、128放大器

14、19、114可变电阻

15、115参考信号输出部

16、36、116、136乘法部

17低通滤波器

20、30、40、50、60测量器

21、31、32、121、131、132a/d转换部

27、37、127累计部

62、162存储部

63、163输出选择部

129第1增幅部

170控制部

171输出测量部

172增益控制部

173输出控制部