JP2021165737A5 - - Google Patents

Claims (49)

1. プラズマセル内に１つ又は複数の振動電磁場を生成して前記セル内の粒子を励起し、前記プラズマセル内にグロー放電プラズマを生成し、前記プラズマセルにガス混合物を流しながら前記プラズマセルの動作条件を制御して、前記プラズマからのグロー放電発光を所望の動作範囲内に維持するステップと、
   前記プラズマセルの前記プラズマから１つ又は複数のグロー放電発光をモニタするステップであって、
   プラズマ励起周波数の２倍で前記発光を測定すること、又は前記発光と相関のある信号を測定することを含む、前記発光をモニタするステップと、
   電磁励起の各励起周期中に測定された前記発光又は前記発光と相関のある前記信号を処理し、前記プラズマセルを流れる前記ガス混合物中のガスの濃度を決定するステップと、
   を含む方法。
2. 前記動作条件を制御することが、ガス組成及び／又は環境条件が変化しても安定したグロープラズマを維持するために、フィードバック機構を介して励起波形、周波数、電流及び／又は電圧を適応させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. １つ又は複数の振動電磁場が励起周期において粒子を励起し、前記プラズマセルの前記動作条件を制御することが、前記１つ又は複数の振動する電磁場の各励起周期において１つ又は複数の動作条件を調整することを含む、請求項１に記載の方法。
4. モニタする前記ステップが、少なくとも１つの光検出器を用いてリアルタイムで前記発光又は信号を測定することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記発光を少なくとも１つの波長選択デバイスを通過させた後、光信号が収集される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記信号を処理するステップが、デジタル信号処理を用いてリアルタイムで完了される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. ノッチフィルタを使用して、前記発光又は信号の周波数帯域を狭め、励起周波数から周波数を分離する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 測定された前記発光又は信号を処理するステップが、ロックイン検出、同期検出、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いた周波数領域分析、及び時間領域若しくは周波数領域整合フィルタ技術、又は形状フィルタのうちの１つ又は複数を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記発光又は信号の測定が、光信号のピーク高さ、ピーク面積若しくは積分値を測定すること、又は第１の励起周波数（１ｆ）を有する励起信号及び前記励起周波数（１ｆ）の２倍で測定された光信号の位相差を測定することを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 信号後処理が適用され、前記信号後処理は、メディアンフィルタ及び／又はアンサンブル平均及び／又は移動平均を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. １つ又は複数の振動電磁場を生成するための駆動電流が、正弦波の駆動波形を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. １つ又は複数の振動電磁場を生成するための駆動電流が、方形波、鋸歯、滑らかな非正弦波関数又はそのような波形の組み合わせである駆動波形を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
13. ガス濃度及び／又はバックグラウンドガス組成の判定を強化すために、前記１ｆ励起波形と前記２ｆ光信号との間の前記２ｆ信号の位相角を制御するステップ、並びに／又は２ｆ以外での周波数信号成分の特徴を制御するステップを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 周波数信号成分の特徴を制御する前記ステップが、前記周波数信号成分の振幅、幅、又は面積を制御することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プラズマセルを横切る前記電磁場が、交流励起電圧によって生成された電場であり、前記制御は励起周期ごとに行われる、請求項１に記載の方法。
16. 前記電磁場が、電磁石の交流励起電流によって生成された磁場であり、前記制御は励起周期ごとに行われる、請求項１に記載の方法。
17. 請求項１５に従って生成される一つ又は複数の電場及び／又は請求項１６に従って生成される一つ又は複数の磁場を含む電磁場の組み合わせを生成する、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記光信号の前記モニタが、前記励起周波数の２倍で前記光信号の振幅（２ｆ信号振幅）を測定することを含み、前記モニタが、ガス混合物中のガスの濃度を決定するために使用される、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。
19. ガス濃度による２ｆ信号振幅の変化が、数学的関係から線形化される、請求項１８に記載の方法。
20. プラズマセルであって、前記プラズマセルにガス混合物を流すための入口及び出口を備えたプラズマセルと、
    前記プラズマセル内に１つ又は複数の振動電磁場を生成して前記セル内の粒子を励起し、前記プラズマセル内にグロー放電プラズマを生成する電磁場生成器と、
    前記プラズマセルに前記ガス混合物を流しながら前記プラズマセルの動作条件を制御して、前記プラズマからのグロー放電発光を所望の動作範囲内に維持するコントローラと、
    前記プラズマセルの前記プラズマからグロー放電発光をモニタするように構成された１つ又は複数の測定回路に結合された１つ又は複数の光検出器であって、前記発光の前記モニタは、プラズマ励起周波数の２倍で前記発光を測定すること、又は前記発光と相関のある信号を測定することを含む、１つ又は複数の光検出器と、
    を備えたシステムであって、
    前記システムは、電磁励起の各励起周期中に前記測定された発光又は測定された信号を処理し、前記プラズマセルを流れる前記ガス混合物中のガスの濃度を決定するように構成された信号プロセッサを備える、システム。
21. フォトダイオードが、前記発光をモニタするために使用され、前記フォトダイオードは、固有の低キャパシタンス及び高シャント抵抗を有し、紫外光、可視光又は近赤外光範囲の前記発光をモニタするために使用される、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記フォトダイオードが、前記固有のキャパシタンスを低減するために逆バイアスにされる、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記発光を波長選択デバイスを通過させた後、信号収集が行われる、請求項２０～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記グロープラズマが、ロイヤートランスを使用することによって自励振動方式で制御され、安定したプラズマを維持し、制御されたグロープラズマを狭い範囲の動作条件で維持することができる、請求項２０～２３のいずれか一項に記載のシステム。
25. 二次安定化電極が、横方向電場の印加及び／又は電子注入のために使用される、請求項２０～２３のいずれか一項に記載のシステム。
26. 前記電磁場生成器が電圧生成器であり、安定したグロー放電プラズマは、前記電圧生成器からの入力信号を前記プラズマセル内の少なくとも２つの電極に印加して前記電極間に電圧勾配を発生させ、メータを用いて前記プラズマセルを横切る誘起信号を測定し、比較器を用いて前記誘起信号を基準信号と比較して差分信号を得ることによって維持され、前記コントローラが、制御信号を決定し、前記制御信号は、前記得られた差分信号に基づいて、前記プラズマセル内の前記少なくとも２つの電極に印加され、共鳴条件下で安定したグローに必要な励起用の所望の電圧勾配を実現する、請求項２０～２３のいずれか一項に記載のシステム。
27. 前記誘起信号がプラズマ電流であり、前記基準信号が駆動電流波形である、請求２６に記載のシステム。
28. 前記電磁場が、交流励起電圧によって生成され、前記制御は各励起周期に対して周期ごとに行われる、請求項２６又は２７に記載のシステム。
29. 前記交流励起電圧が、決定された共鳴周波数帯域内の周波数を有するように制御される、請求項２６～２８のいずれか一項に記載のシステム。
30. 前記電場が、前記プラズマセル内の２つ以上の電極間で生成され、前記動作条件を制御することが、前記電極間の前記電圧勾配を制御して、前記電極間に所望の電流を得ることを含む、請求項２６～２９のいずれか一項に記載のシステム。
31. 前記制御することが、励起波形、周波数、電流及び／又は電圧を適応させることを含む、請求項２６～３０のいずれか一項に記載のシステム。
32. 前記決定することが、前記プラズマ電流に比例した測定電圧を基準電圧と比較することを含む、請求項２６～３１のいずれか一項に記載のシステム。
33. 前記プラズマセルの動作条件の変化に応じて、前記プラズマセルの複数の異なる動作条件のそれぞれを制御する、請求項２６～３２のいずれか一項に記載のシステム。
34. 複数の動作条件の前記制御が、１つ又は複数の電気的入力パラメータの高頻度の調整及び／又は１つ若しくは複数の物理的構成パラメータの低頻度の調整を含む、請求項２６～３３のいずれか一項に記載のシステム。
35. ガス分子が前記プラズマセルに入る前に前記ガス分子にエネルギーを伝達するための、例えば、前記ガス分子の温度、圧力、励起又は電離を制御するための手段をさらに含む、請求項２０～３４のいずれか一項に記載のシステム。
36. 駆動周波数が規定の周波数範囲で定期的又は不定期に走査若しくはチャープされるか、プラズマ励起周波数が分析対象の種混合物に関連するピーク共鳴と一致するように能動的に構成されるか、又は位相同期ループ回路が自励振動プラズマシステムの位相若しくは共鳴周波数の変化を示すために使用される、請求項２６～３５のいずれか一項に記載のシステム。
37. サンプルガスが、所定の制御された温度で維持された後、前記プラズマセルに入る、請求項２０～３６のいずれか一項に記載のシステム。
38. プラズマセルが、所定の制御された温度で維持される、請求項２０～３７のいずれか一項に記載のシステム。
39. 前記プラズマセルを通るガスの流量が、所定の制御された流量で維持される、請求項２０～３８のいずれか一項に記載のシステム。
40. 前記流量が、前記プラズマ電流を決定された値に維持するためにフィードバックシステムによって適応される、請求項２６～３８のいずれか一項に記載のシステム。
41. １つ又は複数のドーパントが前記プラズマセルに入る前に前記サンプルガスに添加される、請求項２０～４０のいずれか一項に記載のシステム。
42. ドーパントが水である、請求項４１に記載のシステム。
43. 前記プラズマセルが、大気圧又は大気圧よりも高い圧力であるか又は大気圧又は大気圧よりも高い圧力に維持される、請求項２０～４２のいずれか一項に記載のシステム。
44. 前記プラズマセル内の圧力が、前記プラズマ電流を決定された値に維持するためにフィードバックシステムによって適応される、請求項２０～４３のいずれか一項に記載のシステム。
45. 電磁場を生成することが、電磁石を用いてプラズマセル内に磁場を生成することを含む、請求項２０に記載のシステム。
46. 前記プラズマセルが、対象とする光の波長帯域に対して透明性の少なくとも１つの光学的透過性素子を有する、請求項２０～４５のいずれか一項に記載のシステム。
47. 前記光学的透過性素子が、光安定性で発光せず、窓、レンズ、回折格子、光学フィルタ又は分光計のうちの１つ又は複数を含んでもよい、請求項４６に記載のシステム。
48. 複数の光ファイバが、光出力を見通し線にない目的地への、及び／若しくは前記プラズマセルを含む高温領域から電子機器がその動作可能周囲温度限界内で動作可能なより低温の領域へと伝達するために使用される、並びに／又は前記検出器及び／若しくは信号処理電子機器を前記プラズマセル及び前記電磁場生成器の前記１つ又は複数の電磁場から離れた場所に設置することを可能にする、請求項２０～４７のいずれか一項に記載のシステム。
49. 複数の電極対を備え、１つ又は複数の二次電極対が、同時及び／又は連続した電磁励起のために、第１の電極対に直交して、及び／又は直列で長手方向に、及び／又は同軸方向である、請求項２０～４８のいずれか一項に記載のシステム。