專(zhuān)利名稱(chēng)：高靈敏度測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高靈敏度測(cè)定裝置，該裝置能夠高靈敏度且高精度地檢測(cè)出如水溶液等被測(cè)定物質(zhì)的特性的變化，并能夠基于該特性變化的檢測(cè)值高靈敏度且高精度地檢測(cè)出此時(shí)被測(cè)定物質(zhì)的特性值本身。
背景技術(shù)：
作為被測(cè)定物質(zhì)的特性，例如電導(dǎo)率，其作為用于測(cè)定特別是在水溶液中可移動(dòng)的離子濃度的尺度被使用，電導(dǎo)率測(cè)定裝置被廣泛用于很多水溶液中離子濃度的測(cè)定。一般地，電導(dǎo)率測(cè)定裝置通過(guò)測(cè)定檢測(cè)用電極和從電源引出的電流供給用電極之間的電阻值，來(lái)測(cè)定被測(cè)定水溶液中的離子濃度的增減。
在當(dāng)使用以往的電導(dǎo)率測(cè)定裝置來(lái)測(cè)定電導(dǎo)率的變化和多個(gè)測(cè)定處的電導(dǎo)率的差的時(shí)，該變化和差與測(cè)定的電導(dǎo)率的絕對(duì)值相比很小的情況下，因?yàn)闇y(cè)定范圍是相對(duì)于較大的電導(dǎo)率的絕對(duì)值來(lái)調(diào)整的，所以微小的變化和差的測(cè)定就非常的困難，或者該測(cè)定數(shù)據(jù)的可靠性很低。但是在現(xiàn)實(shí)中，有很多想要測(cè)定這種在位置或時(shí)間上不同的2個(gè)、或者多個(gè)測(cè)定點(diǎn)間的微小的差和變化的要求，如果能夠高可靠性、高靈敏度且高精度地測(cè)定上述那樣微小的差和變化，那么其用途將會(huì)是非常廣泛的。
因此，在此之前由本申請(qǐng)人提出了一種多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置，該裝置應(yīng)該可以滿(mǎn)足上述的期望，能夠精度良好地抽出、測(cè)定水溶液等被測(cè)定物質(zhì)的特性變化(特開(kāi)2001-311710號(hào)公報(bào))。該多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置的特征在于至少有2個(gè)電導(dǎo)率測(cè)定單元，該電導(dǎo)率測(cè)定單元至少有2個(gè)與被測(cè)定物質(zhì)接觸的電極，將該電導(dǎo)率測(cè)定單元電連接，以使來(lái)自各電導(dǎo)率測(cè)定單元的檢測(cè)信號(hào)本身至少能進(jìn)行加法運(yùn)算、減法運(yùn)算的某一種處理。
在該裝置中，對(duì)于來(lái)自各電導(dǎo)率測(cè)定單元的檢測(cè)信號(hào)本身即對(duì)于同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)本身，進(jìn)行加法運(yùn)算、減法運(yùn)算等的電處理，將處理后的信號(hào)按照需要進(jìn)行放大等，并作為各電導(dǎo)率測(cè)定單元間測(cè)定電導(dǎo)率的差和變化部分輸出。因?yàn)檩敵隽送瑫r(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，所以就能夠除去在各電導(dǎo)率測(cè)定單元共同產(chǎn)生的噪聲等并能夠捕捉到高S/N比的變化，通過(guò)放大等，就能夠只高精度地輸出差和變化部分。因此，與以往僅配有多個(gè)電導(dǎo)率測(cè)定裝置來(lái)獲得來(lái)自它們的測(cè)定數(shù)據(jù)的差和變化部分的結(jié)構(gòu)不同，其能夠高可靠性、高精度且高靈敏度地測(cè)定在位置或者時(shí)間上不同的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)間的電導(dǎo)率的微小差和變化。
雖然上述特開(kāi)2001-311710號(hào)公報(bào)所述的發(fā)明是關(guān)于電導(dǎo)率的測(cè)定而提出的，但是通過(guò)使從至少兩個(gè)傳感器同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分輸出，就能夠高可靠性、高精度且高靈敏度地測(cè)定成為測(cè)定對(duì)象的特性的差和變化的這種技術(shù)基本上是能夠適用于所有特性的測(cè)定的。
可是，在上述特開(kāi)2001-311710號(hào)公報(bào)中提出的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置中的指示值是在位置或者時(shí)間上不同的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)間的電導(dǎo)率微小的差和變化，并不是電導(dǎo)率的絕對(duì)值。但是在現(xiàn)實(shí)中，在求取水溶液中等的不純物的濃度變化時(shí)往往需要獲得電導(dǎo)率的絕對(duì)值的變動(dòng)。在測(cè)定電導(dǎo)率以外的其他特性時(shí)，也多是需要尋求特性值的絕對(duì)值變動(dòng)的測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于著眼于通過(guò)在上述特開(kāi)2001-311710號(hào)公報(bào)提出的技術(shù)能夠精度良好地測(cè)定被測(cè)定物質(zhì)特性的微小的差和變化，以該技術(shù)的存在為前提，進(jìn)而提供一種能夠高精度且高靈敏度地檢測(cè)出不是差和變化而是成為對(duì)象的特性的測(cè)定值、最好是其絕對(duì)值的測(cè)定裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置的特征在于設(shè)有至少2個(gè)以規(guī)定的時(shí)間差接觸被測(cè)定物質(zhì)的、檢測(cè)相同特性的傳感器，獲取從各傳感器同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)的差分獲取經(jīng)過(guò)該規(guī)定的時(shí)間差的特性值的差分，設(shè)定成為預(yù)先測(cè)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和在該時(shí)刻中的基準(zhǔn)特性值，并設(shè)定把所述規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距的時(shí)間軸，獲取在從所述基準(zhǔn)時(shí)刻經(jīng)過(guò)任意的時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。
在上述高靈敏度測(cè)定裝置中，可以?xún)H獲取在某個(gè)時(shí)刻的測(cè)定值來(lái)作為在基準(zhǔn)時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值上附加了來(lái)自該基準(zhǔn)時(shí)刻的變化部分的值，另外，也能夠獲取上述測(cè)定值來(lái)作為從各基準(zhǔn)時(shí)刻每經(jīng)過(guò)各時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
進(jìn)而，在獲取上述測(cè)定值來(lái)作為時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)，能夠作為包含時(shí)間刻度位置處在所述規(guī)定的時(shí)間差內(nèi)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的多個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)群來(lái)構(gòu)成。如果像這樣，那么多個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)群在時(shí)間軸方向上，就能夠以比所述規(guī)定的時(shí)間差小的間距來(lái)輸出每經(jīng)過(guò)各時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值，并能夠捕捉測(cè)定值的變化來(lái)作為近似連續(xù)性的變化。
另外，雖然在上述高靈敏度測(cè)定裝置中，需要設(shè)定在基準(zhǔn)時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值，但是作為該基準(zhǔn)特性值的設(shè)定方法，能夠采用各種方法。例如，可以接觸參照用的被測(cè)定物質(zhì)，把該輸出值設(shè)定為所述基準(zhǔn)特性值。在這種情況下，，即使該參照用的被測(cè)定物質(zhì)的特性值是非已知的，通過(guò)使用與測(cè)定對(duì)象的被測(cè)定物質(zhì)相比較是合適的參照用的被測(cè)定物質(zhì)，也可以對(duì)于參照用的被測(cè)定物質(zhì)所具有的特性值來(lái)測(cè)定測(cè)定對(duì)象的被測(cè)定物質(zhì)的特性值變成了怎樣的值，至少能夠獲取對(duì)于參照用的被測(cè)定物質(zhì)的相對(duì)比較值。
另外，也可以接觸特性值為已知的參照用的被測(cè)定物質(zhì)(例如超純水等)，來(lái)設(shè)定所述基準(zhǔn)特性值，以使上述輸出值在本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置中成為所述已知的特性值。這樣，通過(guò)接觸特性值為已知的參照用的被測(cè)定物質(zhì)，就能夠精度良好地校正基準(zhǔn)特性值。
因此，通過(guò)使用像上述那樣的特性值為非已知的參照用的被測(cè)定物質(zhì)或者特性值為已知的參照用的被測(cè)定物質(zhì)，即使在有可能對(duì)例如最初設(shè)定的基準(zhǔn)特性值在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)程中發(fā)生偏差的情況下，也能夠以合適的時(shí)間間隔來(lái)修正該偏差，并能夠始終進(jìn)行高精度的測(cè)定和監(jiān)測(cè)。
在本發(fā)明中，雖然沒(méi)有對(duì)被測(cè)定物質(zhì)進(jìn)行特別的限定，但是由流體構(gòu)成的時(shí)候，特別容易使用。
在本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置中，首先，因?yàn)檩敵鰪囊砸?guī)定的時(shí)間差接觸被測(cè)定物質(zhì)的至少2個(gè)傳感器中同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，所以能夠高靈敏度且高精度地檢測(cè)出在某個(gè)時(shí)刻，例如在當(dāng)前時(shí)刻的成為測(cè)定對(duì)象的特性值的變化部分。至此的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上是和在所述的特開(kāi)2001-311710號(hào)公報(bào)提出的思想相同的。在本發(fā)明，更進(jìn)一步，根據(jù)上述檢測(cè)信號(hào)的差分獲取經(jīng)過(guò)上述規(guī)定的時(shí)間差的特性值的差分，對(duì)設(shè)定預(yù)先測(cè)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和在此時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值進(jìn)行設(shè)定，把上述規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距，獲取從基準(zhǔn)時(shí)間經(jīng)過(guò)任意的時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)(即經(jīng)過(guò)想獲取作為測(cè)定值的輸出的任意時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn))的測(cè)定值。獲取該測(cè)定值作為把基準(zhǔn)特性值作為基準(zhǔn)的值，如果對(duì)基準(zhǔn)特性值設(shè)定了絕對(duì)值，那么就獲取測(cè)定值來(lái)作為特性值的絕對(duì)值。換言之，對(duì)于在基準(zhǔn)時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值，附加上述高靈敏度且高精度地檢測(cè)出的特性的所述規(guī)定的時(shí)間差中的時(shí)間變化部分，最終輸出信號(hào)表示正確檢查了該時(shí)間變化部分的特性的絕對(duì)值的變動(dòng)，可以高靈敏度且高精度地進(jìn)行作為目標(biāo)的絕對(duì)值本身的檢測(cè)。
即，通過(guò)本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置，就可以高靈敏度且高精度地測(cè)定被測(cè)定物質(zhì)的特性的變動(dòng)，尤其作為絕對(duì)值。因此，能夠輸出有通用性的測(cè)定值的絕對(duì)值，并能夠利用該輸出來(lái)高靈敏度且高精度地進(jìn)行特性值的檢測(cè)，同時(shí)能夠使用波形分析、變化部分的時(shí)間積分的定量等現(xiàn)在在多方面利用的一般的數(shù)據(jù)處理方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的定量分析。


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的高靈敏度測(cè)定裝置的設(shè)置例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的高靈敏度測(cè)定裝置其他的設(shè)置例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示設(shè)置在圖1、圖2的裝置中的信號(hào)處理裝置內(nèi)的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖4是表示設(shè)置在圖1、圖2的裝置中的信號(hào)處理裝置內(nèi)的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖5是表示為了確認(rèn)本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置的性能而進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
圖6是表示為了確認(rèn)本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置的性能而進(jìn)行的其他試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面，一邊參照附圖，一邊說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。
在本發(fā)明中，成為測(cè)定對(duì)象的被測(cè)定物質(zhì)的特性不限于電導(dǎo)率，實(shí)質(zhì)上能夠適用于所有特性的測(cè)定。下面的說(shuō)明將主要針對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定的情況進(jìn)行描述。
圖1及圖2例示了把本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置使用于作為被測(cè)定物質(zhì)4的流過(guò)管內(nèi)的流體、例如水的電導(dǎo)率的測(cè)定系統(tǒng)中的情形。在圖1所示的高靈敏度測(cè)定裝置1中，在被測(cè)定物質(zhì)4的上游側(cè)和下游側(cè)設(shè)置電導(dǎo)率檢測(cè)用的傳感器A(2)以及傳感器B(3)，通過(guò)傳感器A后的被測(cè)定物質(zhì)4在規(guī)定時(shí)間后通過(guò)傳感器B，在被測(cè)定物質(zhì)4以規(guī)定的時(shí)間差接觸傳感器A、B的同時(shí)，從兩個(gè)傳感器可以同時(shí)取出檢測(cè)信號(hào)。在信號(hào)處理裝置5中設(shè)有多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置部(例示在圖3、圖4中)和運(yùn)算處理部，該多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置部能夠設(shè)定在某個(gè)時(shí)刻輸出從兩個(gè)傳感器同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，該運(yùn)算處理部將該差分作為在該時(shí)刻和該時(shí)刻所述時(shí)間差前或者所述時(shí)間差后的時(shí)刻之間(即經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間差)的特性值的差分使用，對(duì)成為預(yù)先測(cè)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和該時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值進(jìn)行設(shè)定，并設(shè)定把所述規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距的時(shí)間軸，可以獲取從基準(zhǔn)時(shí)間經(jīng)過(guò)任意的某個(gè)時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。
在圖2所示的高靈敏度測(cè)定裝置11中，作為從同一處取樣的電導(dǎo)率的測(cè)定對(duì)象的樣本水，直接接觸到傳感器A(2)，對(duì)于傳感器B(3)經(jīng)由可進(jìn)行時(shí)間調(diào)整的時(shí)間延遲柱12然后再接觸，利用時(shí)間延遲柱12給出規(guī)定的時(shí)間差。其他的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上和圖1的方式相同。
首先，關(guān)于設(shè)置在信號(hào)處理裝置5中的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)例，參照?qǐng)D3、圖4進(jìn)行說(shuō)明。在圖3所示的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置21中，至少有2個(gè)電導(dǎo)率測(cè)定用的傳感器A、B(2、3)，該傳感器至少有2個(gè)接觸被測(cè)定物質(zhì)的電極(在本實(shí)施方式中，用3電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖示)。各傳感器A、B(2、3)在本實(shí)施方式中電連接，以使來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信號(hào)本身能夠進(jìn)行加法運(yùn)算處理。
各傳感器A、B(2、3)電并聯(lián)，在各傳感器的電流供給用電極22a、23a中，從作為電源用的交流振蕩器24提供同相的交流電流。各傳感器A、B(2、3)的電導(dǎo)率檢測(cè)用的電極22b、23b相互電連接，以使來(lái)自?xún)蓹z測(cè)用電極22b、23b的檢測(cè)信號(hào)本身的值進(jìn)行加法運(yùn)算。并且，在本實(shí)施方式中，在一個(gè)傳感器A(2)的電流供給用電極22a之前，設(shè)有以規(guī)定的倍率對(duì)提供交流電流的值進(jìn)行乘法運(yùn)算、或者以規(guī)定的比例進(jìn)行除法運(yùn)算的乘法器或除法器25，能夠使在傳感器A(2)成為檢測(cè)對(duì)象的被測(cè)定物質(zhì)的電導(dǎo)率的電平與傳感器B(3)的相比不同。即，是把在提供給電流供給用電極22a前的交流電流用規(guī)定的倍率放大或縮小。如果這樣做，那么就能夠用最適當(dāng)?shù)撵`敏度來(lái)檢測(cè)以規(guī)定的時(shí)間差接觸各傳感器的被測(cè)定物質(zhì)的電導(dǎo)率的時(shí)間變化。
上述實(shí)施了電運(yùn)算處理的信號(hào)、即從電導(dǎo)率檢測(cè)用電極22b、23b的接續(xù)點(diǎn)獲得的信號(hào)通過(guò)一個(gè)放大器26被作為輸出信號(hào)放大到適當(dāng)?shù)碾娖?。此時(shí)，用測(cè)定范圍切換器27就能夠按照測(cè)定對(duì)象來(lái)選擇最適當(dāng)?shù)臏y(cè)定范圍。
來(lái)自放大器26的信號(hào)，在本實(shí)施方式中，對(duì)測(cè)定環(huán)境的溫度補(bǔ)償在溫度補(bǔ)償器28進(jìn)行后，在同步整流器29獲得和交流振蕩器24的輸出端的同步，進(jìn)而，該信號(hào)在調(diào)整器30帶有的放大器31中放大，以使其成為對(duì)各種控制和輸出的顯示中最合適的電平的信號(hào)，并將其作為實(shí)際的輸出32取出。
在圖4所示的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置41中，與圖3所示的方式相比，在傳感器B(3)的電流供給用電極23a之前，設(shè)有以規(guī)定的倍率對(duì)被提供的交流電流的值進(jìn)行乘法運(yùn)算、或者以規(guī)定的比例進(jìn)行除法運(yùn)算的乘法器或除法器42，能夠使在傳感器B(3)成為檢測(cè)對(duì)象的被測(cè)定物質(zhì)的電導(dǎo)率的電平與傳感器A(2)的電平相比不同。并且，在該乘法器或除法器42附有相位反轉(zhuǎn)功能。即，在將提供給電流供給用電極23a前的交流電流以規(guī)定的放大倍數(shù)放大或縮小的同時(shí)，將該供給交流電流的相位反轉(zhuǎn)。如果這樣做，那么就能夠?qū)?lái)自各傳感器A、B(2、3)的檢測(cè)信號(hào)本身實(shí)質(zhì)上進(jìn)行減法運(yùn)算，并能夠?qū)p法運(yùn)算處理了的信號(hào)送到放大器26。其他的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上和在圖3所示的結(jié)構(gòu)一樣。
在上述的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置21、41中，在某個(gè)時(shí)刻同時(shí)取出來(lái)自傳感器A、B(2、3)的檢測(cè)信號(hào)，因?yàn)檩敵隽送瑫r(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，所以就能夠除去外界干擾和噪聲的影響，并能夠高精度且高靈敏度地只輸出上述差分。在本發(fā)明中，利用該差分的輸出，在設(shè)置在信號(hào)處理裝置5的運(yùn)算處理部中進(jìn)行如下處理。即，上述差分作為經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間差的特性值的差分使用，對(duì)成為預(yù)先規(guī)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和該時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值進(jìn)行設(shè)定，并設(shè)定將所述規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距的時(shí)間軸，獲得從基準(zhǔn)時(shí)刻經(jīng)過(guò)任意時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。
針對(duì)該運(yùn)算處理的基本概念進(jìn)行說(shuō)明。
在上述中，獲取在某個(gè)時(shí)刻t的傳感器A的信號(hào)(FA(t))和傳感器B的信號(hào)(FB(t))的信號(hào)差(DA-B(t))，因?yàn)閭鞲衅鰾的信號(hào)(FB(t))表示規(guī)定的時(shí)間差前的特性(在上述的例子，是電導(dǎo)率)的絕對(duì)值，所以FA(t)＝DA-B(t)+FB(t)…①。
另外，實(shí)際上存在FA(t)、FB(t)和DA-B(t)并不是同列的數(shù)據(jù)的情況，在運(yùn)算時(shí)，需要根據(jù)利用方法互相換算，但是因?yàn)闆](méi)有涉及到發(fā)明的本質(zhì)，所以在這里為了容易說(shuō)明，進(jìn)行簡(jiǎn)要地顯示。
本發(fā)明人著眼于信號(hào)差DA-B(t)對(duì)應(yīng)傳感器A和傳感器B的時(shí)間差，考慮如果利用它則不能導(dǎo)出傳感器單獨(dú)的信號(hào)、即相當(dāng)于特性的絕對(duì)值的信號(hào)。在本發(fā)明中，上述的差分，即DA-B(t)將在該時(shí)刻和該時(shí)刻的所述時(shí)間差前后的時(shí)刻之間，作為近似用單一的假想傳感器檢測(cè)的信號(hào)的時(shí)間變化部分來(lái)處理。即如果把在傳感器A和傳感器B之間的規(guī)定的時(shí)間差設(shè)為DT，則DA-B(t)作為經(jīng)過(guò)DT的特性值的差分使用。把該DT作為時(shí)間刻度的間距來(lái)設(shè)定時(shí)間軸，對(duì)于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值，按照如下來(lái)計(jì)算從基準(zhǔn)時(shí)刻經(jīng)過(guò)任意的時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。
若使用傳感器A和傳感器B之間的規(guī)定的時(shí)間差DT來(lái)表示FA和FB的關(guān)系，就有FB(t)＝FA(t-DT)…②，從式①和式②，得FA(t)＝DA-B(t)+FA(t-DT)…③，即在任意時(shí)刻t的傳感器A的信號(hào)(FA(t))是在傳感器A的DT時(shí)間前的信號(hào)FA(t-DT)上加上在時(shí)間t的傳感器A和傳感器B的信號(hào)差(DA-B(t))。因此，由式③的值就可以作為近似用單一的假想傳感器而檢測(cè)的特性值的絕對(duì)值信號(hào)來(lái)處理。
另外，因?yàn)? FA(t-DT)＝DA-B(t-DT)+FA(t-2DT)，所以 FA(t)＝DA-B(t)+DA-B(t-DT)+FA(t-2DT)，進(jìn)而，
因?yàn)镕A(t-2DT)＝DA-B(t-2DT)+FA(t-3DT)，所以FA(t)＝DA-B(t)+DA-B(t-DT)+DA-B(t-2DT)+FA(t-3DT)。同樣反復(fù)就成了FA(t)＝(DA-B(t)+DA-B(t-DT)+DA-B(t-2DT)+…+DA-B(t-nDT))+FA(t-(n+1)DT)。
在這里，雖然通過(guò)用DT時(shí)間刻度積分作為通式的DA-B(t-iDT)(i＝0～n，n是到以前的某個(gè)基準(zhǔn)時(shí)刻為止的DT數(shù))的信號(hào)差而得到了(DA-B(t)+DA-B(t-DT)+DA-B(t-2DT)+…+DA-B(t-nDT)，但是無(wú)論推到哪里，最后剩下FA(t-(n+1)DT)。因此，本發(fā)明人就想到了輸入處在FA(t-(n+1)DT)的已知的值。即通過(guò)將在進(jìn)行上述運(yùn)算的初期階段的值作為基準(zhǔn)特性值來(lái)輸出，就能夠算出傳感器單獨(dú)的信號(hào)來(lái)作為對(duì)該基準(zhǔn)特性值的相對(duì)的值。如果基準(zhǔn)值是特性的絕對(duì)值，則也獲得在其上加上述變化部分的值來(lái)作為成為測(cè)定對(duì)象的絕對(duì)值，并輸出絕對(duì)值的變動(dòng)本身。雖然該基準(zhǔn)特性值如果是已知的那么無(wú)論什么值都可以，但是通常還是在特殊的信號(hào)沒(méi)進(jìn)入的狀態(tài)下，將傳感器A和傳感器B的信號(hào)差為零狀態(tài)的值作為基準(zhǔn)值容易理解。另外，可以像前面所述，作為基準(zhǔn)特性值，將絕對(duì)值未知的值設(shè)定為用于算出測(cè)定值的比較基準(zhǔn)值。
在上述的運(yùn)算處理中，能夠在數(shù)據(jù)收集后進(jìn)行分析，并能夠算出在某個(gè)時(shí)刻的單獨(dú)的傳感器信號(hào)，伴隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)，能夠依次輸出傳感器的信號(hào)。例如其步驟如下(1)參數(shù)的設(shè)定在進(jìn)行數(shù)字處理時(shí)，雖然在DT時(shí)間內(nèi)的時(shí)間刻度間距在原理上可以自由設(shè)定，但是，通常以等間隔的刻度更簡(jiǎn)單。另外，也可以組合適當(dāng)?shù)哪M電路。下面，表示了關(guān)于進(jìn)行將在DT時(shí)間內(nèi)的時(shí)間刻度作為等間隔時(shí)的數(shù)據(jù)處理的情況。
將在DT時(shí)間內(nèi)的時(shí)間刻度間距設(shè)為δt，將在時(shí)間軸的任意時(shí)刻t表示成t＝mDT+nδt。
其中，m和n是整數(shù)，n的范圍是0～N，N＝DT/δt因此，在任意時(shí)刻t，傳感器A的信號(hào)為FA(mDT+nδt)
傳感器B的信號(hào)為FB(mDT+nδt)信號(hào)差為 DA-B(mDT+nδt)。
將想求得的單獨(dú)傳感器信號(hào)設(shè)為X(mDT+nδt)。
這里，能觀(guān)測(cè)的參數(shù)是例如通過(guò)所述的多元電導(dǎo)率測(cè)定裝置測(cè)得的DA-B(mDT+nδt)。
(2)初始值的輸入至少作為DT時(shí)間輸入初始設(shè)定的已知值，將已知值設(shè)定作為在單獨(dú)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)序列的基準(zhǔn)時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值。
在這里，將初始已知的基準(zhǔn)特性值設(shè)為0，因此m＝0時(shí)，n＝0～N，X(nδt)＝0。
(3)測(cè)定在任意時(shí)刻t，·在使用DT時(shí)間前的值時(shí)，X(mDT+nδt)＝X((m-1)DT+nδt)+(DA-B(mDT+nδt))…④·在從初始值求時(shí)，X(mDT+nδt)＝X(nδt)+(DA-B(iDT+nδt)的i＝1～m的和)…⑤這樣，作為測(cè)定值，能夠獲取從基準(zhǔn)時(shí)刻每經(jīng)過(guò)各時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，作為時(shí)間序列數(shù)據(jù)，能夠由用比規(guī)定的時(shí)間差DT更小的δt間距為刻度而得的多個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)群構(gòu)成。
(4)數(shù)據(jù)保存在上述步驟中，在式子④中，如果事先存儲(chǔ)前面時(shí)間DT內(nèi)的N個(gè)X(mDT+nδt)，那么就能夠進(jìn)行處理。
在式子⑤中，雖然需要預(yù)先存儲(chǔ)之前的所有的X(mDT+nδt)數(shù)據(jù)但是此時(shí)也可以顯示全部過(guò)去的數(shù)據(jù)。
進(jìn)行像上述的運(yùn)算處理，例如試著進(jìn)行在圖1所示的測(cè)定系統(tǒng)中的電導(dǎo)率的測(cè)定。將試驗(yàn)結(jié)果表示在圖5、圖6中。圖5表示了產(chǎn)生短暫性的電導(dǎo)率變動(dòng)的情況的測(cè)定例，圖6表示了產(chǎn)生有某個(gè)程度的持續(xù)時(shí)間的電導(dǎo)率變動(dòng)的情況的測(cè)定例。另外，在圖5、圖6中，“差傳導(dǎo)率”僅表示從傳感器A、B的差信號(hào)輸出的電導(dǎo)率的變化部分，“絕對(duì)傳導(dǎo)率-其1-”表示為了用僅在傳感器A、傳感器B分別設(shè)置的下游側(cè)的傳感器檢測(cè)出的電導(dǎo)率，確認(rèn)本發(fā)明的有效性而輸出。“絕對(duì)傳導(dǎo)率-其2-(叢差傳導(dǎo)率算出)”表示根據(jù)本發(fā)明，對(duì)像上述那樣對(duì)預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)特性值加上差傳導(dǎo)率部分的、作為高靈敏度測(cè)定對(duì)象的電導(dǎo)率的絕對(duì)值。
在圖5、圖6兩者中可以知道絕對(duì)傳導(dǎo)率-其2-以較少的噪聲信號(hào)極其正確地表示了與作為絕對(duì)傳導(dǎo)率-其1-而測(cè)定的特性實(shí)質(zhì)上相同的特性，本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置的測(cè)定可高靈敏度地進(jìn)行。另外，在本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置中，由于作為高精度的觀(guān)測(cè)值而輸出的傳感器A、B檢測(cè)信號(hào)的差分，作為可輸出作為對(duì)已知的基準(zhǔn)值進(jìn)行加法運(yùn)算的絕對(duì)值，所以也可以確實(shí)地高精度地確保作為輸出測(cè)定值的絕對(duì)值的精度。即在本發(fā)明中能夠進(jìn)行高靈敏度且高精度的測(cè)定。
以上的說(shuō)明，主要是針對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定來(lái)進(jìn)行的，但是，本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置不限于此，基本上可以適用于要求求出成為測(cè)定對(duì)象的特性的絕對(duì)值的變動(dòng)(根據(jù)情況，從某基準(zhǔn)值的相對(duì)變動(dòng))的所有測(cè)定系統(tǒng)。因此，可以適用于要求用需要高S/N比的高靈敏度的測(cè)定的所有測(cè)定系統(tǒng)，例如紫外線(xiàn)測(cè)定、差示折射率計(jì)測(cè)定、熒光光度計(jì)測(cè)定、電化學(xué)測(cè)定、微粒子測(cè)定等測(cè)定中。
本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置能夠適用于要求求出成為測(cè)定對(duì)象的特性的絕對(duì)值的變動(dòng)、或從某基準(zhǔn)值的相對(duì)變動(dòng)的所有測(cè)定系統(tǒng)。本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置特別在作為要求用需要高S/N比的高靈敏度的流體中的特性的測(cè)定的、離子層離法和液體層離法的檢測(cè)器，或者被使用于微量包含在純水中、超純水中不純物濃度的監(jiān)測(cè)中時(shí)，能發(fā)揮顯著的效果。
權(quán)利要求
1.一種高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，設(shè)有至少2個(gè)以規(guī)定的時(shí)間差接觸被測(cè)定物質(zhì)的、檢測(cè)相同特性的傳感器，獲取從各傳感器同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)的差分獲取經(jīng)過(guò)該規(guī)定的時(shí)間差的特性值的差分，設(shè)定成為預(yù)先測(cè)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和在該時(shí)刻的基準(zhǔn)特性值，并設(shè)定把所述規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距的時(shí)間軸，獲取在從所述基準(zhǔn)時(shí)刻經(jīng)過(guò)任意的時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。
2.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，獲取從基準(zhǔn)時(shí)刻每經(jīng)過(guò)各時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)來(lái)作為所述測(cè)定值。
3.如權(quán)利要求2所述的高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，作為所述時(shí)間序列數(shù)據(jù)，由包括時(shí)間刻度位置處于所述規(guī)定的時(shí)間差內(nèi)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的多個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)群構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，接觸參照用的被測(cè)定物質(zhì)，將該輸出值設(shè)定為所述基準(zhǔn)特性值。
5.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，與特性值為已知的參照用的被測(cè)定物質(zhì)接觸，以該輸出值成為所述已知的特性值的方式，設(shè)定所述基準(zhǔn)特性值。
6.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度測(cè)定裝置，其特征在于，被測(cè)定物質(zhì)由流體構(gòu)成。
全文摘要
在本發(fā)明的高靈敏度測(cè)定裝置中，設(shè)有至少2個(gè)以規(guī)定的時(shí)間差接觸被測(cè)定物質(zhì)的、檢測(cè)相同特性的傳感器，獲取從各傳感器同時(shí)取出的檢測(cè)信號(hào)的差分，根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)的差分獲取經(jīng)過(guò)該規(guī)定的時(shí)間差的特性值的差分，設(shè)定成為預(yù)先測(cè)定的基準(zhǔn)的時(shí)刻和在該時(shí)刻中的基準(zhǔn)特性值，并設(shè)定把規(guī)定的時(shí)間差作為時(shí)間刻度的間距的時(shí)間軸，獲取在從基準(zhǔn)時(shí)刻經(jīng)過(guò)任意的時(shí)間刻度的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值。通過(guò)該測(cè)定裝置就能夠高精度且高靈敏度地將成為對(duì)象的測(cè)定特性作為絕對(duì)值而不作為差分或變化部分來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/08GK1643372SQ03806249
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者砂岡好夫, 大橋伸一, 森田利夫, 藤田雅司 申請(qǐng)人:奧甘諾株式會(huì)社