JP2741673B2 - マイクロ波を用いたガス分析方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、少なくとも１つの周波数を有するマイクロ
波を発生し、マイクロ波吸収によりガス状の媒体を分析
するための方法および、少なくとも１つのマイクロ波送
信器と、少なくとも１つの測定セルと、少なくとも１つ
の検出器と、測定信号のための増幅および表示装置と、
前記マイクロ波送信器のための制御装置と、シュタルク
電圧発生器とが設けられており、シュタルク効果を加え
ることによりマイクロ波吸収を用いてガス状の媒体を分
析する装置に関する。 従来技術 ガス状の媒体を、場合によっては固体あるいは液体を
ガス状の状態に変換した後に、被検媒体の分子に回転遷
移（摂動）を励起することにより特定の特性周波数領域
におけるマイクロ波の吸収を用いて分析することは知ら
れている。線幅を減少するために、検査は低圧力領域で
行われる。吸収線は、シュタルク効果により分枝され
る。なお、検出感度もしくは精度を高めるためにシュタ
ルク交流電圧を印加するのが有利とされている。この方
法は、基本的に選択性が高く、しかも、被検物質に対し
電離または化学的反応のような前処理を必要としない。 従来、このような検査方法は実際には実験室規模での
み可能であった。産業ベースで利用可能な装置は未だ存
在しない。それというのは、公知の装置は機械的ならび
に電気的構造形態からして高価であり、敏感な構成要素
が一部分で用いられていて、臨界的に重要なパラメータ
の保持が問題となるかまたは、そのために高いコストが
付随するからである。 たとえば、作用するシュタルク電圧を必要に応じて考
慮して、対象とする分子の求めるべき吸収最大値に対す
る送出マイクロ波の周波数を安定化すること、つまりは
（本来の意味で）制御することが必要である。これに対
処するため、方向性結合器を用いてマイクロ波放射の高
周波成分をミキサダイオードに供給し、そこにおいてた
とえば水晶により発生される低い周波数の安定な送信器
の高調波と比較し、PLL回路を用いた同期により、マイ
クロ波周波数を低周波数の高調波に設定し、このように
して被測定成分の吸収線に対するマイクロ波の高周波数
の安定化を行うことが提案されている。さらに、マイク
ロ波送信器の周波数を付加的に変調し、マイクロ波放射
の一部分を、被測定成分を有する基準セルを通して送出
することが提案されているが、この場合には、マイクロ
波放射もしくはビームを分割するためにさらに方向性結
合器を使用しなければならない。測定セルの検出器に対
し付加的に必要とされる基準セルの検出器から導出され
る信号を用いて、マイクロ波送信器は被測定成分の吸収
線に固定される。 このようなマイクロ波送信器の変調方式には、検出器
における雑音出力が確実に増大するという欠点がある。
また従来の方法および装置は殊に、コストのかかる周波
数安定化ゆえに著しく高価となり、価格的に見合う測定
方法および装置は実現されていない。以上要約すると、
公知の方法および装置は殊にプロセス測定技術には適し
ていない。 発明の解決しようとする課題 したがって本発明の課題は、上述の欠点を回避し、マ
イクロ波送信器の制御を安価な構成で可能にする冒頭に
述べた形式の方法ならびに産業ベースで利用可能なマイ
クロ波プロセス分析装置を提供することにある。 課題を解決するための手段および利点 本発明によればこの課題は、マイクロ波周波数を制御
するために、シュタルク電圧の作用下で発生し周波数に
依存する基準セル内の吸収強度経過特性において、ロッ
クイン増幅による極性の変化に起因して生じる零点通過
の周波数が、測定セル内におけるガス状媒体の被検成分
の最大吸収周波数と一致するよう、マイクロ波周波数同
調状態におけるシュタルク電圧を選定し、基準セル内の
前記の強度経過特性における零値からの偏差によって、
発生されるマイクロ波周波数を調整することを特徴とす
る方法により解決される。 さらに上記の課題は、少なくとも１つの基準セルが設
けられており、該基準セル内の吸収強度−周波数特性に
おいて、ロックイン増幅による極性の変化に起因して生
じる零点通過の周波数が、測定セル内におけるガス状媒
体の被検成分の最大吸収周波数と一致するよう、前記シ
ュタルク電圧発生器はシュタルク電圧信号を調整して該
シュタルク電圧信号を前記基準セルへ印加し、前記制御
装置は、基準セル内の吸収強度−周波数特性における零
点通過からの偏差に基づき、前記マイクロ波送信器へ補
正信号を供給して該マイクロ波送信器の周波数を制御す
ることを特徴とする装置により解決される。 したがって、周波数制御もしくは周波数安定化は高周
波発生器を周波数変調する必要なく、低い同調されたシ
ュタルク電圧で動作する基準セルにより実現される。そ
の結果、信号／雑音比は改善される。基準周波数回路な
りびにミキサダイオードは使用しなくて済み、方法全体
が簡素化され、低コストで実施可能となる。 たとえば、第１および第２のシュタルク交流電圧は移
相されて発生され、その際、測定セルおよび基準セルに
おけるシュタルク変調は、90度の移相で実施するのが有
利である。このようにすれば、基準信号ならびに測定信
号に対しただ１つの検出器を使用することが可能とな
る。さらに、移相変位を伴っても、基準信号および測定
信号の１つの共通の検出および前段増幅を行い、この場
合、たとえば増幅は、臨界電圧以下に減衰された狭帯域
幅の受動回路により行うのが有利である。さらに、基準
セルおよび測定セルに対するシュタルク電圧間の移相変
位で、少なくとも１つの基準セルおよび測定セルを直列
に配設し、２つのセルに対し１つの共通の検出器を設
け、そして測定セルおよび基準セルのための電圧の位相
差を発生する移相器を設けて、これにより方向性結合器
および高調波ミキサを省略することのできる構成を実現
できる。 要するに本発明の構成によれば、高感度、高安定性の
低周波数発生器の省略ならびに単純な制御という方法お
よび構造上の利点が得られ、さらに、従来公知の方法に
おけるように周波数変調による付加的な雑音が回避され
る。また、本発明の方法によって極めて迅速な応答が保
証される。 好ましい実施態様として、出力飽和領域で動作させ、
その場合、ロックイン増幅により位相および周波数選択
性増幅を行うことが提案される。このようにすれば、位
相の最適な設定で、整流された信号電圧の平均値が測定
信号として出力される。特に、測定周波数に対する制限
で、市販品として入手可能な構成部材を使用し、コンパ
クトで安価な電子的構造が達成される。また、たとえば
コンピュータで直接制御することができるので、使用上
の便利さが最大限に保証される。複数の吸収周波数につ
いて検査したい場合には、異なった周波数の複数のマイ
クロ波送信器を１つの測定セルに対応づけて設け、その
際、純ガス発生器、たとえば、基準セル内の浸透系の交
換を回避するために、本発明によるさらに別の実施態様
として、複数の基準セルを１つの測定セルに対応づけて
設け、その際、基準セルを互いに並列に接続するかある
いは基準セルを直列に接続することが提案される。この
ような複数成分システムにおいては、好ましくはガン効
果発振器を有するマイクロ波送信器は、対応の導波管切
換器を介して直接第１番目の基準セルかあるいは並列で
設けられている基準セルの場合には、共通の測定セルに
接続する必要がある。その際に重要なのは、装置全体、
特に１つの検出器と１つの前置増幅器を備えている評価
処理電子系の構造を変更することなく、単に、マイクロ
波送信器で測定セルおよび基準セルにおけるシュタルク
電圧を切り換える必要のある点である。種々な成分の測
定は、それぞれのマイクロ波送信器の切換制御およびそ
れぞれのシュタルク電圧の印加により行われ、そのた
め、切換時間が必要となる。したがって特に、２つの成
分の測定においては、２つのマイクロ波送信器を設け
て、スイッチを介し測定セルに接続し、基準セルを直列
に、ただし測定セルに対しては共通に並列に配設し、基
準セルには移相したシュタルク電圧を印加することがで
きる。この構成によれば、既述の構成と比較して持続的
な周波数ロックが可能となり、更新される周波数同期に
よる時間遅延は回避される。 マイクロ波吸収信号の既述の零点通過には圧力依存性
があることが判明しているので、特に基準測定に対して
は圧力制御が設けられる。本発明による圧力制御方法
は、圧力を測定し、圧力信号を用いて純ガス成分の浸透
系の温度を制御することを特徴とする。本発明によるこ
の構成は、両側が減圧となった場合に電気的制御弁等を
介して圧力制御を行うことが従来不可能であったことに
鑑み、きわめて有利である。本発明による圧力制御方法
は単純である。それというのは、圧力制御は測定すべき
純成分の所定の気化により行われるからである。ポンプ
による排気の変動が原因で圧力が低下すると、純粋成分
の強い加熱によりこの成分の蒸発が促進され、それによ
り圧力は上昇する。また逆に圧力が上昇した場合には温
度を低くするかあるいは冷却を行って、気化もしくは蒸
発を減少し、セル内の圧力を全体的に低くする。ガス
は、セルから一定の流量で排出するのが有利である。定
常的に動作する排出ポンプを用いた場合には、流出側に
毛細管部を設けることにより一定の流量が達成される。
さらに、流出口および基準セルにろ過器を後置配設する
ことができる。このろ過器は、被測定成分を吸収し、真
空系において、純成分が測定セル内に達し、それにより
測定結果を誤らせる可能性は阻止される。 特に有利な実施態様として、基準セルおよび測定セル
に１つの共通の恒温制御部を設けることが提案される。
このようにすれば、基準セルと測定セルとの間における
熱絶縁は省略される。 測定セルにおける圧力制御の目的で、交差弁として構
成されている機械的もしくは電気的な弁が用いられ、測
定セルに供給されるガスは供給部開口から測定セルに至
る並流として迂回するガス流として分枝される。これに
より、いわゆる記憶効果を惹起し得る無駄容積は大きく
減少される。ここで記憶効果とは、測定装置が、前に一
度測定したガスに対して後でさらに信号を発生する効果
であると理解されたい。 本発明の他の利点および特徴は、添付図面を参照して
の以下の詳細な説明から明らかとなろう。 実施例 第１図には、本発明による装置すなわち本発明による
マイクロ波プロセス分析装置１の原理的な機械的構成が
示されている。この装置は、マイクロ波送信器２と、後
続して配設されたアイソレータ３と、それに続いて設け
られ基準ガスのための流入口６および流出口７を備えた
基準セル４とを有している。基準セル４には、絶縁窓も
しくはウインドウ８が接続されている。このウインドウ
８に後続して測定セル11が設けられており、このセル11
は、ガス流入口12を備えている。測定セル11は、構造長
が大きくなるのを回避するために蛇行状に形成されてお
り、それぞれ複数の180゜の円弧状湾曲部13と直線状の
シュタルク効果室14に分割されている。シュタルク効果
室14は慣用の方式でシュタルク電圧印加部16を備えてい
る。 さらに、測定セル11のガス流出口17には別の絶縁ウイ
ンドウ18を介して検出器19が接続されている。 測定セル11、特にシュタルク効果室14の断面は、装置
が動作すべき各マイクロ波領域に対して最適化されてお
り、たとえば唯１つの周波数の分析を行う場合には、そ
の周波数に整合するように構成されている。測定セル11
の断面積は、7.1mm×3.6mmとするのが好ましく、したが
って過大寸法にはならない。 マイクロ波送信器はガン効果発振器から構成するのが
有利である。複数のガス成分を分析しようとする場合に
は、多数のマイクロ波送信器をそれぞれ対応の導波管切
換器を介して共通の測定／基準セルに接続することがで
きる。なお、基準セルは被検成分を収容している。測定
セルならびに基準セルにおけるシュタルク効果電圧はマ
イクロ波送信器に対応して投入される。複数成分分析シ
ステムにおいては、基準セルのための各成分が高い純度
で利用可能であれば、多数の基準セルを、この基準セル
にそれぞれ対応づけられて設けられているマイクロ波送
信器の下流側に互いに並列に、そして全体的には直列に
接続しそれぞれ遂行すべき測定に対応して投入するよう
に構成することもできる。 シュタルク効果室14およびこの室に対して絶縁して保
持されている隔壁電極により、所要のシュタルク容量が
形成される。シュタルク電圧印加部16は、並列振動回路
に対してシュタルク電極の容量を接続する外部インダク
タンスであって、同時に変圧器の高圧側巻線を形成する
インダクタンスを有するように構成される。 同時に、シュタルク効果室の容量よりも著しく大きい
容量を振動回路に直列に接続し、かつシュタルク容量に
対して順方向抵抗が並列になるようにダイオードを接続
することにより、シュタルク交流電圧を、この交流電圧
の負の波高値が０ボルトにとどまるように昇圧すること
ができる。 供給導管はさらに、第２図に示してあるようないわゆ
る交差弁36に接続されている。各測定セル14に供給され
るガスはこの弁が開いている状態で、その入口37から分
枝路39を介して出口38に分流される。これにより、無駄
容積は減少し、それにより短い応答時間が実現される。 第３図から明らかなように、基準セル４および測定セ
ル11は、共通の恒温装置41により共通の同じ温度に保持
される。これにより、２つの系間における熱絶縁は省略
することができる。 特に基準セルにおいては一定の圧力を保持する必要が
ある。そのためには、測定セル11において真空系のポン
プ出力の変動に際し調整弁による追従圧力制御は充分で
はない。 まず、基準セル４の流出口７に従来の真空ポンプ51が
接続されている。流出口７は、毛細管部52を有してお
り、この毛細管部を介して一定のガス通流が達成され
る。１つの排気系だけが用いられる場合には、毛細管部
にはろ過器53が後置接続され、このろ過器53は、被測定
成分を吸収し、それにより、これら成分が測定セル内に
純物質として流入して測定を誤らせることは回避され
る。 基準セル４のために必要な純物質は、この物質を収容
している浸透容器54から供給される。この浸透容器54
は、別個の加熱および／または冷却系56を備えている。
この加熱および／冷却系は圧力検出器57と接続されてい
る圧力調整装置58により、次のようにして制御される。
すなわち、真空系の吸込み能力が変動すると、毛細管部
52の存在にもかかわらず圧力変動が生じ得る。この圧力
変動は、圧力検出器57によって測定される。この検出器
57の測定出力を用いて浸透容器54の圧力コントローラ58
を介し圧力が降下している場合には加熱により純物質成
分の浸透を大きくし、また圧力が上昇している場合には
加熱を低下するかあるいは冷却して浸透能力を減少す
る。これにより、正確で信頼性の高い圧力調整が達成さ
れる。 圧力が比較的良好に一定であることは、特にマイクロ
波周波数の調整およびマイクロ波周波数の安定化にとっ
て重要である。 これに関連し、第４図および第５図を参照して説明す
る。第４図には、電子的な構成要素を含め本発明による
装置の全体的構成がブロック図で示されている。なお第
４図において、第１図に示されている要素と同じ要素は
同じ参照番号で示してある。アイソレータ３には、減衰
装置３′が後置接続されている。さらに第４図には、基
準セル４および測定セル11にシュタルク電圧を発生させ
るためのシュタルク電圧発生器61が示されている。 検出器19には前置増幅器62が後置接続されており、こ
の増幅器の出力端が、マイクロ波送信器２のための制御
装置63に接続されるとともに、ロックイン増幅器64を介
して測定信号の表示装置66に接続されている。マイクロ
波送信器２には、帯域フィルタ67が前置接続されてい
る。 マイクロ波送信器もしくはそのガン効果発振器の周波
数の制御ならびに安定化は、次のようにして行われる。
すなわち、シュタルク電圧発生器61により、測定セル11
に印加される周波数変調されたシュタルク電圧に対して
移相されている（好ましくは90度移相されている）別の
シャタルク電圧を導出して基準セル４に印加する。 第５図には、シュタルク電圧による変調回転遷移（摂
動）におけるスペクトルの強さが周波数の関数として示
してある。この図の場合、横軸は周波数軸νであり縦軸
は吸収強度Ｉであって、基準セルにおける吸収について
は特性曲線74がI_refとして、測定セルにおける吸収につ
いては特性曲線71がI_mesとして示されている。この図か
ら明らかなように、零点通過72が存在する。この零点通
過は、本来の信号および180度の位相差を有するシュタ
ルク成分の測定により発生するものである。測定された
吸収信号の零点通過は、遷移もしくは調整ならびに安定
化に関して基準セルにおいて利用される。基準セル４に
はシュタルク電圧が印加される。この場合、シュタルク
電圧の作用下で発生し周波数に依存する基準セル内の吸
収強度経過特性（以下ではこれを基準信号74と称する）
において、極性の変化に起因して生じる零点通過が、ガ
ス状の媒体の所期の周波数ν_０と一致するよう、シュタ
ルク電圧が選定される。この零点通過73が利用されるの
は、この領域における基準信号74の急峻性によりその位
置がこの信号の最大値よりも明瞭に確認できるからであ
る。この較正後に、本来の測定において、測定された基
準信号の処理に際し極性の変化による零点通過が生ず
る。 第５図の具体的な実施例では、Ｅ＝800V/cmである測
定セル内のシュタルク電界強度に基づきν_０＝28.97GHz
である測定信号71の吸収周波数のフォルムアルデヒドが
用いられており、測定信号71の最大値における基準信号
74の零点通過は電界強度Ｅ＝160V/cmで生ずるように設
定されている。この場合、圧力は0.03ミリバールであり
測定は常温で行った。 上述の調整もしくは同調後に、本来の測定の実施に際
してマイクロ波周波数が吸収周波数ν_０に対して変動す
ると、その結果、検出器19によっても基準信号74の零点
通過がもはや測定されなくなり、基準信号における有限
の正または負の電圧が加わることになって、その際にこ
の電圧がマイクロ波送信器２の制御もしくは調整に用い
られる。 基準回路はまた、測定路と同様に、それ自体公知の周
波数選択性のいわゆるロックイン増幅器を備えている。
この増幅器は実質的に、クロックで制御される極性反転
整流器であり、その制御信号はシュタルク交流電圧のた
めの発振器から導出できる。 上記増幅器は位相選択性である。90度互いに移相して
いる測定信号および基準信号は、回路の測定および基準
分枝路においてクロック時点の適当な位相位置により分
離することができる。このことは、検出器により検出さ
れて基準および測定成分を含んでいる信号に対し各分枝
路において制御電圧と同相関係にある同相成分だけを整
流し、他方、90度移相している成分を除去することによ
り達成される。 検出器からロックイン増幅器に印加される測定および
基準信号の電子回路素子による位相変移は、ディジタル
移相器により補償することができる。この目的で、たと
えばシュタルク電圧の周波数を分周することにより発生
される発振器信号を、セット信号、たとえばシュタルク
交流電圧に基づいて予め選択された２進値にセットされ
ている計数器に印加することができる。このセット後、
２進値に対応する時間ごとに出力パルスが発生され、こ
の出力パルスは公知のようにして、セット信号の周波数
を有する所望の位相だけ偏移された対称波形に変換され
る。この波形が上述の制御信号を形成する。 たとえば10MHzの水晶発振器の出力周波数を用い、「2
00」で固定的に分周することにより、移相は、それぞれ
1.8度の200の段階で行われる。この移相は、一度だけ投
入し、そして装置の再投入時には自動的に再現可能であ
る。この移相は、コンピュータによりじかに制御可能で
ある。基準セルの基準信号から、周波数を決定するバイ
アス電圧を求めて発振器に印加する。マイクロ波周波数
が吸収周波数から隔たって、そのために基準セル信号の
零点通過から有限の電圧が基準分枝路に発生した場合、
制御回路63は相応の補正電圧を供給する。 測定信号は表示したりあるいはプロセス制御に利用で
きる。 本来のスペクトル線の強さの測定は吸収曲線の最大値
で行われ、その場合、電力変動の影響を回避するために
飽和領域で実施される。この構成によれば測定系の迅速
な応答時間が補償されるが、20〜60mWの出力を有する相
応に出力の大きいマイクロ波送信器が必要となる。 第１図のシステムとは異なり第７図には、互いに直列
に接続されかつ測定セル11と直列に接続されている複数
の基準セル4.1〜4.Nを有する第１の複数成分システムが
示されている。基準セル4.1〜4.Nは、導波管切換器81.1
〜81.Nを介してそれぞれ整合されている送信器2.1〜2.N
と接続されており、この送信器はスイッチ82で制御可能
であり、他方、シェタルク電圧はスイッチ83を介して対
応の基準セル4.1に印加することができる。測定は、ま
ず対応の予め設定されたシュタルク電圧をスイッチ83を
介して基準セル4.1に印加し、スイッチ82で送信器2.1を
切り換えてこの送信器を導波管切換器81.1を介して導波
管系と接続して測定を実施し、別の基準セルに収容され
ているガス成分の測定を逐次実施するというやりかたで
行われる。 上述の実施例において切換後にその都度要求される送
信器の周波数同期が原因で生ずる遅れ時間は、第７図に
示す実施形態により回避することができる。この場合、
２つの送信器2.1および2.2は直列に接続された基準セル
4.1,4.2と接続され、この基準セル4.1,4.2には互いに移
相されているシェタルク交流電圧が印加される。他方、
送信器は導波管切換器81.1および81.2を介して交互に測
定セル11と接続可能である。この測定セル11には、２つ
の送信器の励起により過負荷が加えられてはならない。
送信器2.1および2.2は、制御回路63.1および63.2により
その周波数が制御される。この場合、２つの送信器は連
続的に動作しかつまた連続的に微同調され、それによ
り、切換器81.1および81.2の切り換えに際して適切なマ
イクロ波周波数が直接、測定セル11において利用可能に
なる。 基準セルはこの場合、被検純成分自体を含んでいては
ならない。毒性の高い物質あるいは爆発性の物質の測定
においては、別の化合物を用いることができる。このよ
うな基準系接続の選択は、吸収線が測定成分の選択され
た回転遷移のすぐ近くに位置するようにして行われる。
直流電圧（単数または複数）およびそれに重畳してシュ
タルク交流電圧を基準セルおよび／または測定セルに印
加することにより、基準セルのＳ字形曲線ならびに吸収
曲線は最大値の周波数で再び零点通過が生ずるように互
いに変位することができる。 実施例：ν＝35825.9MHzにおけるクロルシアンの測定 他の化合物の２つの近接する吸収曲線は次の通りであ
る。 低い周波数側で、CH₃SiHDF:ν＝35825.5MHz 低い周波数側で、CHD₂NC:ν＝35827.4MHz 測定成分CICNおよびメチルデューテロフルオウシラン
（Methyldeuterofluosilan）もしくはジデューテロメチ
ルリソシアニド（Dideuteromethylisocyanid）が測定ガ
ス中に同時に存在することを推定することができ、その
限りにおいてν（CICN）＝35825.95MHzは定量測定に適
していると言える。他方、部分的に重水素化された化合
物の吸収曲線は互いに非常に接近しており、したがって
僅かな直流電圧の印加で適切な特性曲線が得られる。 発明の効果 本発明によれば、従来技術の欠点を除去し、マイクロ
波送信器の制御を安価な構成で可能にする方法および装
置が提供される。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による装置の機械的配列を略示する基
本的な全体図、第２図は、測定セルに測定ガスを供給す
るための弁装置を示す図、第３図は、圧力および温度制
御を図解するための図、第４図は、装置全体の構成を略
示するブロック図、第５図は、マイクロ波周波数の制御
もしくは調整を図解するための図、第６図は、有利な実
施態様による複数成分システムを示すブロック図、そし
て第７図は、別の実施例による二成分システムをブロッ
クダイヤグラムで示す図である。 １……マイクロ波プロセス分析装置、２……マイクロ波
送信器、３……アイソレータ、４……基準セル、６……
流入口、７……流出口、８……ウインドウ、11……測定
セル、12……ガス流入口、13……湾曲部、14……シュタ
ルク効果室、16……シュタルク電圧印加部、17……ガス
流出口、36……交差弁、37……入口、38……出口、39…
…分枝路、51……真空ポンプ、52……毛細管部、53……
ろ過器、54……浸透容器、56……加熱および／または冷
却系、57……圧力検出器、58……圧力調整装置、61……
シュタルク電圧発生器、62……前置増幅器、63……制御
装置、64……ロックイン増幅器、81……導波管切換器、
82,83……スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハイモ・ブレトン ドイツ連邦共和国オーバーウルデインゲ ン・ヘリヴエーク 10 (72)発明者 ヘルムート・ギラウト ドイツ連邦共和国シユトウテンゼー・フ アルケンヴエーク ３ (72)発明者 ギユンター・クリーク ドイツ連邦共和国カールスルーエ・イ ム・レニツヒ 12 (72)発明者 ホルスト・ギュンター ドイツ連邦共和国エツゲンシユタイン− レオポルトシヤーフエン・ラインシユト ラーセ 15ツエー (72)発明者 ゲルハルト・シユミツト ドイツ連邦共和国カールスルーエ・ザン ト ドルンヴエーク 15 (56)参考文献 実開 昭50−42791（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの周波数を有するマイクロ波を発生
   し、マイクロ波吸収によりガス状の媒体を分析するため
   の方法において、 マイクロ波周波数を制御するために、シュタルク電圧の
   作用下で発生し周波数に依存する基準セル内の吸収強度
   経過特性において、ロックイン増幅による極性の変化に
   起因して生じる零点通過の周波数が、測定セル内におけ
   るガス状媒体の被検成分の最大吸収周波数と一致するよ
   う、マイクロ波周波数同調状態におけるシュタルク電圧
   を選定し、 基準セル内の前記の強度経過特性における零値からの偏
   差によって、発生されるマイクロ波周波数を調整するこ
   とを特徴とする、 マイクロ波吸収によりガス状の媒体を分析するための方
   法。 ２．前記測定セルの測定信号に対しシュタルク効果を用
   いるときに、前記測定セルのためのシュタルク電圧を前
   記基準セルの基準信号に対し位相をずらして変調する、
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記変調を90゜の移相で行う、特許請求の範囲第２
   項記載の方法。 ４．前記シュタルク電圧を、シュタルク容量とともに並
   列振動回路を形成するようにして変圧器の高圧巻線を形
   成するインダクタンスにより生成する、特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれか１項記載の方法。 ５．位相がずらされていても前記基準セルの基準信号お
   よび前記測定セルの測定信号に対し共通の選出および前
   置増幅を行う、特許請求の範囲第２項または第３項記載
   の方法。 ６．ロックイン増幅により移相および周波数選択制増幅
   を行う、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項
   記載の方法。 ７．前記基準セルにおいて低圧を発生させるためにガス
   を排出し、純粋ガス成分のための浸透系の温度を、前記
   基準セル内の圧力が一定に保持されるように制御する、
   特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項記載の方
   法。 ８．前記ガスはセルから一定の流量で排出される、特許
   請求の範囲第７項記載の方法。 ９．少なくとも１つのマイクロ波送信器と、少なくとも
   １つの測定セルと、少なくとも１つの検出器と、測定信
   号のための増幅および表示装置と、前記マイクロ波送信
   器のための制御装置と、シュタルク電圧発生器とが設け
   られており、 シュタルク効果を加えることによりマイクロ波吸収を用
   いてガス状の媒体を分析する装置において、 少なくとも１つの基準セル（４）が設けられており、 該基準セル（４）内の吸収強度−周波数特性（74）にお
   いて、ロックイン増幅による極性の変化に起因して生じ
   る零点通過（73）の周波数が、測定セル内におけるガス
   状媒体の被検成分の最大吸収周波数と一致するよう、前
   記シュタルク電圧発生器（61）はシュタルク電圧信号を
   調整して該シュタルク電圧信号を前記基準セル（４）へ
   印加し、 前記制御装置（63）は、基準セル（４）内の吸収強度−
   周波数特性（74）における零点通過（73）からの偏差に
   基づき、前記マイクロ波送信器（２）へ補正信号を供給
   して該マイクロ波送信器（２）の周波数を制御すること
   を特徴とする、 ガス状の媒体を分析する装置。 １０．少なくとも１つの基準セルおよび測定セル（4,1
   1）が直列に配設されており、前記の両方のセル（4,1
   1）に対し１つの共通の検出器（19）が設けられてお
   り、前記測定セル（11）および基準セル（４）に対しシ
   ュタルク電圧の位相差を発生させるために移相器が設け
   られている、特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１．１つの共通の前置増幅器（62）が設けられてい
   る、特許請求の範囲第10項記載の装置。 １２．位相選択性帯域フィルタが設けられている、特許
   請求の範囲第９項〜第11項のいずれか１項記載の装置。 １３．それぞれ異なる周波数を有する複数のマイクロ波
   送信器（２）が１つの測定セル（11）に対応づけられて
   設けられている、特許請求の範囲第９〜第12項のいずれ
   か１項記載の装置。 １４．複数の基準セル（４）が１つの測定セル（11）に
   対応づけられて設けられている、特許請求の範囲第13項
   記載の装置。 １５．基準セル（11）が直列に接続されている、特許請
   求の範囲第14項記載の装置。 １６．基準セル（４）と測定セル（11）が互いに並列に
   接続されている、特許請求の範囲第15項記載の装置。 １７．１つまたは複数のマイクロ波送信器（２）がそれ
   ぞれガン効果発振器を備えている、特許請求の範囲第９
   項〜第16項のいずれか１項記載の装置。 １８．前記基準セル（４）はその流入口を介して、純粋
   ガス成分のための浸透系（54）と接続されており、該浸
   透系（54）は温度制御装置（56）を有しており、前記基
   準セル（４）は圧力検出器（57）を有しており、該圧力
   検出器は、圧力制御装置（58）を介して前記浸透系（5
   4）のための温度制御装置（56）と接続されている、特
   許請求の範囲第９項〜第17項のいずれか１項記載の装
   置。 １９．前記基準セル（４）の流出部（７）に流量安定化
   のための毛細管部（52）が後置されている、特許請求の
   範囲第18項記載の装置。 ２０．前記の流出部（７）と基準セル（４）にろ過器
   （54）が後置されている、特許請求の範囲第18項または
   第19項記載の装置。 ２１．前記の基準セルおよび測定セル（4,11）は１つの
   共通の恒温設定部（41）を有している、特許請求の範囲
   第18項または第19項記載の装置。