JPH08122251A - 赤外線式ガス分析装置 - Google Patents
赤外線式ガス分析装置Info
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- JPH08122251A JPH08122251A JP25337294A JP25337294A JPH08122251A JP H08122251 A JPH08122251 A JP H08122251A JP 25337294 A JP25337294 A JP 25337294A JP 25337294 A JP25337294 A JP 25337294A JP H08122251 A JPH08122251 A JP H08122251A
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- gas
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- infrared rays
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型化しても分析精度が高く、かつ分析応答
性の良い赤外線式ガス分析装置を提供する。 【構成】 赤外線式ガス分析装置において、検出器を２
枚の加工されたシリコン製基板の接合体により形成し、
この接合面部に測定対象ガスを封入した２つの検出室を
設ける。検出器の２つの検出室にそれぞれシリコン製圧
力センサーを構成する。検出器において２つの検出室の
間を結ぶ導管を設け、この一部に熱線素子を構成しても
良い。
性の良い赤外線式ガス分析装置を提供する。 【構成】 赤外線式ガス分析装置において、検出器を２
枚の加工されたシリコン製基板の接合体により形成し、
この接合面部に測定対象ガスを封入した２つの検出室を
設ける。検出器の２つの検出室にそれぞれシリコン製圧
力センサーを構成する。検出器において２つの検出室の
間を結ぶ導管を設け、この一部に熱線素子を構成しても
良い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型化しても分析精度
が高く、かつ分析応答性の良い赤外線式ガス分析装置に
関する。
が高く、かつ分析応答性の良い赤外線式ガス分析装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、公害ガスの分析や工業炉
のガス分析に赤外線式ガス分析装置が用いられている。
ＣＯ、ＣＯ2 、ＣＨ4 、ＳＯ2 あるいはＮＯx 等の異な
る原子からなるガス分子は、各々固有の振動をしてい
る。そのような分子に波長を連続的に変化させて赤外線
を照射してゆくと、分子の固有振動と同じ周波数の赤外
線が吸収され、分子の構造に応じたスペクトルが得られ
る。このスペクトルから分子の構造を解析する方法を赤
外線吸収スペクトル法といい、赤外線式ガス分析はこの
方法に基づき、前記したような異なる原子からなるガス
分子の定量、定性分析を行う。
のガス分析に赤外線式ガス分析装置が用いられている。
ＣＯ、ＣＯ2 、ＣＨ4 、ＳＯ2 あるいはＮＯx 等の異な
る原子からなるガス分子は、各々固有の振動をしてい
る。そのような分子に波長を連続的に変化させて赤外線
を照射してゆくと、分子の固有振動と同じ周波数の赤外
線が吸収され、分子の構造に応じたスペクトルが得られ
る。このスペクトルから分子の構造を解析する方法を赤
外線吸収スペクトル法といい、赤外線式ガス分析はこの
方法に基づき、前記したような異なる原子からなるガス
分子の定量、定性分析を行う。
【０００３】従来の赤外線式ガス分析装置としては、例
えば図８の概略縦断面図に示されるような構造のものが
広く知られている。このガス分析装置は、基本的に光源
５４Ａ，５４Ｂと、試料セル５１と、検出器５６とから
なる。前記試料セルは、通常アルミニウム製本体５１Ａ
内に長さ方向に所定間隔をもって２本のステンレス鋼製
管材５１Ｂを縦貫して平行配設させ、前記管材の一方を
測定ガス通路５２Ａとし、他方を比較ガス通路５２Ｂと
し、この本体の両端面には弗化カルシウムまたはサファ
イヤ製の赤外線透過窓部５３、５３´が取り付けられた
構造を有する。また検出器５６は、アルミニウムないし
アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属により形成
された測定側検出室６０Ａおよび比較側検出室６０Ｂの
２つの検出室を有し、これらの間に金属薄膜のコンデン
サ５９が設けられている。また双方の検出室６０Ａ、６
０Ｂ内には、測定成分またはその成分と同じ赤外線吸収
帯を持つガスが封入されている。なお、図中符号５８は
赤外線透過窓部、符号５５は光チョッパである。
えば図８の概略縦断面図に示されるような構造のものが
広く知られている。このガス分析装置は、基本的に光源
５４Ａ，５４Ｂと、試料セル５１と、検出器５６とから
なる。前記試料セルは、通常アルミニウム製本体５１Ａ
内に長さ方向に所定間隔をもって２本のステンレス鋼製
管材５１Ｂを縦貫して平行配設させ、前記管材の一方を
測定ガス通路５２Ａとし、他方を比較ガス通路５２Ｂと
し、この本体の両端面には弗化カルシウムまたはサファ
イヤ製の赤外線透過窓部５３、５３´が取り付けられた
構造を有する。また検出器５６は、アルミニウムないし
アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属により形成
された測定側検出室６０Ａおよび比較側検出室６０Ｂの
２つの検出室を有し、これらの間に金属薄膜のコンデン
サ５９が設けられている。また双方の検出室６０Ａ、６
０Ｂ内には、測定成分またはその成分と同じ赤外線吸収
帯を持つガスが封入されている。なお、図中符号５８は
赤外線透過窓部、符号５５は光チョッパである。
【０００４】このような構造を有する赤外線式ガス分析
装置においては、２つの光源５４Ａ、５４Ｂから放射さ
れた赤外線が、チョッパ５５により断続光となり、試料
セル５１の赤外線透過窓部５３と、ガス通路５２Ａ、５
２Ｂを経て、検出器５６に達する。比較ガス通路５２Ｂ
には不活性ガスが存在しており、この比較ガス通路５２
Ｂでは照射赤外線の吸収は生じない。一方、測定ガス通
路５２を流れる測定ガスに被測定成分が含まれている場
合、この成分による赤外線吸収が生じている。従って、
前記したように測定成分またはその成分と同じ赤外線吸
収帯を持つガスが封入されている測定側検出室６０Ａお
よび比較側検出室６０Ｂでの赤外線の吸収は測定側が比
較側より小さくなり、このときの熱エネルギーの差は、
両室の圧力差となり、上記膜状コンデンサ５９に変位が
生じる。この容量変化を検出し、信号処理の後出力信号
として取り出すものである。
装置においては、２つの光源５４Ａ、５４Ｂから放射さ
れた赤外線が、チョッパ５５により断続光となり、試料
セル５１の赤外線透過窓部５３と、ガス通路５２Ａ、５
２Ｂを経て、検出器５６に達する。比較ガス通路５２Ｂ
には不活性ガスが存在しており、この比較ガス通路５２
Ｂでは照射赤外線の吸収は生じない。一方、測定ガス通
路５２を流れる測定ガスに被測定成分が含まれている場
合、この成分による赤外線吸収が生じている。従って、
前記したように測定成分またはその成分と同じ赤外線吸
収帯を持つガスが封入されている測定側検出室６０Ａお
よび比較側検出室６０Ｂでの赤外線の吸収は測定側が比
較側より小さくなり、このときの熱エネルギーの差は、
両室の圧力差となり、上記膜状コンデンサ５９に変位が
生じる。この容量変化を検出し、信号処理の後出力信号
として取り出すものである。
【０００５】また、検出器として前記したような測定側
検出室６０Ａおよび比較側検出室６０Ｂとを導管で結
び、この導管の中心部に熱線素子を設けた構成のものも
知られており、測定側検出室および比較側検出室が測定
光線および比較光線によりそれぞれ加熱されることによ
り各検出室に封入されたガスが膨脹し、導管内には被測
定成分のガスの濃度に応じてガスの流れが生じる。そし
て、このガスの流れを熱線素子により電気信号に変換し
検出するものである。
検出室６０Ａおよび比較側検出室６０Ｂとを導管で結
び、この導管の中心部に熱線素子を設けた構成のものも
知られており、測定側検出室および比較側検出室が測定
光線および比較光線によりそれぞれ加熱されることによ
り各検出室に封入されたガスが膨脹し、導管内には被測
定成分のガスの濃度に応じてガスの流れが生じる。そし
て、このガスの流れを熱線素子により電気信号に変換し
検出するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに検出器をアルミニウムないしアルミニウム合金、ス
テンレス鋼などの金属により構成する場合には、溶接技
術等が必要であり、小型化が構造上困難であり、仮に小
型化できても性能の低下が生じる虞れが高いものであっ
た。
うに検出器をアルミニウムないしアルミニウム合金、ス
テンレス鋼などの金属により構成する場合には、溶接技
術等が必要であり、小型化が構造上困難であり、仮に小
型化できても性能の低下が生じる虞れが高いものであっ
た。
【０００７】本発明は、小型化しても分析精度が高く、
かつ分析応答性の良い赤外線式ガス分析装置を提供する
ことをその目的とする。
かつ分析応答性の良い赤外線式ガス分析装置を提供する
ことをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る赤外線式ガス分析装置は、検出器を２
枚の加工されたシリコン製基板の接合体により形成し、
この接合面部に測定対象ガスを封入した２つの検出室を
設けたことを特徴とする。
に、本発明に係る赤外線式ガス分析装置は、検出器を２
枚の加工されたシリコン製基板の接合体により形成し、
この接合面部に測定対象ガスを封入した２つの検出室を
設けたことを特徴とする。
【０００９】前記検出器の２つの検出室にそれぞれシリ
コン製圧力センサーを構成することができる。また、前
記検出器において２つの検出室の間を結ぶ導管を設け、
この一部に熱線素子を構成することもできる。さらに、
前記検出器を形成したシリコン製基板の接合体に測定ガ
ス通路または測定ガス通路と比較ガス通路をさらに構成
することもできる。さらに、前記検出器を形成したシリ
コン製基板の接合体に圧力センサーまたは熱線素子の信
号処理回路の一部を構成することもできる。
コン製圧力センサーを構成することができる。また、前
記検出器において２つの検出室の間を結ぶ導管を設け、
この一部に熱線素子を構成することもできる。さらに、
前記検出器を形成したシリコン製基板の接合体に測定ガ
ス通路または測定ガス通路と比較ガス通路をさらに構成
することもできる。さらに、前記検出器を形成したシリ
コン製基板の接合体に圧力センサーまたは熱線素子の信
号処理回路の一部を構成することもできる。
【００１０】
【作用】本発明においては、検出器を２枚の加工された
シリコン製基板の接合体により構成する。例えば、１ｍ
ｍ程度の厚さのシリコンチップ（シリコンウェーハ）の
表面に異方性エッチング等により断面がコの字型あるい
は半楕円形状等の凹部を２つ形成し、同じ形状の２枚の
シリコンチップを貼り合せることにより、より小型で軽
量な検出室を得ることができる。
シリコン製基板の接合体により構成する。例えば、１ｍ
ｍ程度の厚さのシリコンチップ（シリコンウェーハ）の
表面に異方性エッチング等により断面がコの字型あるい
は半楕円形状等の凹部を２つ形成し、同じ形状の２枚の
シリコンチップを貼り合せることにより、より小型で軽
量な検出室を得ることができる。
【００１１】このように加工されたシリコン製基板の接
合体を用いることにより、従来の検出器に比べ精度良く
小型化でき、また検出室の形成と圧力センサーや熱線素
子の形成を半導体技術及びマイクロマシニング技術によ
って同時に行なうことができるので、小形化に有利なだ
けでなく、量産性にも優れる。
合体を用いることにより、従来の検出器に比べ精度良く
小型化でき、また検出室の形成と圧力センサーや熱線素
子の形成を半導体技術及びマイクロマシニング技術によ
って同時に行なうことができるので、小形化に有利なだ
けでなく、量産性にも優れる。
【００１２】また、前記検出器を形成したシリコン製基
板の接合体に測定ガス通路または測定ガス通路と比較ガ
ス通路をさらに構成し、試料セル部と一体化した構成と
すれば、さらに小型化が容易で、製作工数を大幅に減ら
すことができる。さらに信号回路の一部を同一基材上に
構成すれば一段と小型化される。
板の接合体に測定ガス通路または測定ガス通路と比較ガ
ス通路をさらに構成し、試料セル部と一体化した構成と
すれば、さらに小型化が容易で、製作工数を大幅に減ら
すことができる。さらに信号回路の一部を同一基材上に
構成すれば一段と小型化される。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明
する。図１は本発明の一実施例に係る赤外線式ガス分析
装置の検出器の構成を示すものであり、図１（ａ）はそ
の正面図、図１（ｂ）は水平断面図、図１（ｃ）は図１
（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、図１（ｄ）は図１
（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図である。
する。図１は本発明の一実施例に係る赤外線式ガス分析
装置の検出器の構成を示すものであり、図１（ａ）はそ
の正面図、図１（ｂ）は水平断面図、図１（ｃ）は図１
（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、図１（ｄ）は図１
（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図である。
【００１４】図１に示す検出室は、ダブルビーム方式の
赤外線式ガス分析装置における検出器であって、この検
出器１６は、例えば長さ４０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ
１．０ｍｍ程度の２枚の単結晶シリコン製基板を貼り合
せて形成されている。これらの２枚の単結晶シリコン製
基板のそれぞれは、表面の結晶面を（１００）面とし、
一方鏡面加工した貼り合せ面のそれぞれには、所定間隔
を離間して長さ方向に沿って延在する２つの異方性凹状
溝１７が、例えば異方性エッチング等のマイクロマシニ
ング技術により、一体形成されている。そして、これら
の溝が合致するように貼り合せて２つの検出室２０Ａ、
２０Ｂを有する検出室が得られる。シリコン基板同士の
貼り合せは、それらの界面に熱酸化によって生成したＳ
ｉＯ2 層同士を、測定対象ガス雰囲気中で陽極接合すれ
ばよい。あるいは、シリコン基板の貼り合せ面にＡｕ薄
膜を蒸着し、測定対象ガス雰囲気中で拡散接合処理を行
なうことも可能である。なお、検出室２０Ａ、２０Ｂに
形成される圧力センサーはひずみゲージ式や静電容量式
のいずれでもよいが、図１に示す実施例においては、ひ
ずみゲージ式のものであり、一方のシリコン製基板の前
記凹状溝内に、同様に異方性エッチング等により、圧力
センサー感圧部１９が形成されている。
赤外線式ガス分析装置における検出器であって、この検
出器１６は、例えば長さ４０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ
１．０ｍｍ程度の２枚の単結晶シリコン製基板を貼り合
せて形成されている。これらの２枚の単結晶シリコン製
基板のそれぞれは、表面の結晶面を（１００）面とし、
一方鏡面加工した貼り合せ面のそれぞれには、所定間隔
を離間して長さ方向に沿って延在する２つの異方性凹状
溝１７が、例えば異方性エッチング等のマイクロマシニ
ング技術により、一体形成されている。そして、これら
の溝が合致するように貼り合せて２つの検出室２０Ａ、
２０Ｂを有する検出室が得られる。シリコン基板同士の
貼り合せは、それらの界面に熱酸化によって生成したＳ
ｉＯ2 層同士を、測定対象ガス雰囲気中で陽極接合すれ
ばよい。あるいは、シリコン基板の貼り合せ面にＡｕ薄
膜を蒸着し、測定対象ガス雰囲気中で拡散接合処理を行
なうことも可能である。なお、検出室２０Ａ、２０Ｂに
形成される圧力センサーはひずみゲージ式や静電容量式
のいずれでもよいが、図１に示す実施例においては、ひ
ずみゲージ式のものであり、一方のシリコン製基板の前
記凹状溝内に、同様に異方性エッチング等により、圧力
センサー感圧部１９が形成されている。
【００１５】さらに、圧力センサー感圧部１９を作製し
た側のシリコン製基板の表面には、図１（ａ）に示すよ
うに、信号出力端子２１および電源入力端子２２が設け
られており、前記圧力センサー感圧部１９と信号出力端
子２１および電源入力端子２２を結ぶ配線が、一般的な
半導体プロセスを用いて形成されている。本発明（請求
項５）において、信号処理回路の一部とは、例えば図４
の回路のすべてを指しており、請求項５は、この回路を
同一基板上にＩＣプロセスによって集積化することを意
味する。
た側のシリコン製基板の表面には、図１（ａ）に示すよ
うに、信号出力端子２１および電源入力端子２２が設け
られており、前記圧力センサー感圧部１９と信号出力端
子２１および電源入力端子２２を結ぶ配線が、一般的な
半導体プロセスを用いて形成されている。本発明（請求
項５）において、信号処理回路の一部とは、例えば図４
の回路のすべてを指しており、請求項５は、この回路を
同一基板上にＩＣプロセスによって集積化することを意
味する。
【００１６】図２は、図１における実施例における圧力
センサー部の構成を詳細に示す図面であり、また図３は
同実施例における結線を示すものであり、また図４は信
号処理回路（温度補償回路）の一例を示すものである。
図２に示すように、この実施例における圧力センサー部
は、２本の多結晶シリコン製ひずみゲージを用いた薄膜
型圧力センサーであって、シリコン製基板に形成された
検出室２０Ａ、２０Ｂの所定部分に開口された矩形の圧
力導入穴２３を覆うように２本のひずみゲージ２５を積
載した円形の薄膜型ダイアフラム２４を設けてなるもの
である。このセンサーは、シリコン製基板に形成された
検出室２０Ａ、２０Ｂの所定部分表面に、例えばＳｉＯ
2 等により厚さ約１μｍ程度の円形の犠牲層（図示せ
ず）を形成し、この上部に厚さ０．２μｍ程度のＳｉ3
Ｎ4 膜２４ａ等の絶縁膜を例えばＬＰＣＶＤ法により形
成し、さらに、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２４ａ上部の所定部位に多
結晶シリコンからなる２本のひずみゲージ２５を形成
し、その上部をさらに例えばプラズマＣＶＤ法により形
成した厚さ１μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 膜２４ｂ等の絶縁膜
により覆い、異方性エッチングによりシリコン製基板を
エッチングして、矩形の圧力導入穴２３を形成し、さら
に犠牲層の選択的エッチングにより空隙部２６を設け
て、形成したものである。このように円形ダイアフラム
を形成する場合、異方性エッチングにより矩形のダイア
フラムを作製する場合に比べ高精度でセンサー部を作製
でき、高精度化が達成でき、また円形であるため応力集
中も起きにくいものとなる。
センサー部の構成を詳細に示す図面であり、また図３は
同実施例における結線を示すものであり、また図４は信
号処理回路（温度補償回路）の一例を示すものである。
図２に示すように、この実施例における圧力センサー部
は、２本の多結晶シリコン製ひずみゲージを用いた薄膜
型圧力センサーであって、シリコン製基板に形成された
検出室２０Ａ、２０Ｂの所定部分に開口された矩形の圧
力導入穴２３を覆うように２本のひずみゲージ２５を積
載した円形の薄膜型ダイアフラム２４を設けてなるもの
である。このセンサーは、シリコン製基板に形成された
検出室２０Ａ、２０Ｂの所定部分表面に、例えばＳｉＯ
2 等により厚さ約１μｍ程度の円形の犠牲層（図示せ
ず）を形成し、この上部に厚さ０．２μｍ程度のＳｉ3
Ｎ4 膜２４ａ等の絶縁膜を例えばＬＰＣＶＤ法により形
成し、さらに、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２４ａ上部の所定部位に多
結晶シリコンからなる２本のひずみゲージ２５を形成
し、その上部をさらに例えばプラズマＣＶＤ法により形
成した厚さ１μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 膜２４ｂ等の絶縁膜
により覆い、異方性エッチングによりシリコン製基板を
エッチングして、矩形の圧力導入穴２３を形成し、さら
に犠牲層の選択的エッチングにより空隙部２６を設け
て、形成したものである。このように円形ダイアフラム
を形成する場合、異方性エッチングにより矩形のダイア
フラムを作製する場合に比べ高精度でセンサー部を作製
でき、高精度化が達成でき、また円形であるため応力集
中も起きにくいものとなる。
【００１７】さらに、図３に示すように、測定用検出室
２０Ａおよび比較用検出室２０Ｂのそれぞれのダイアフ
ラム上に形成された２本づつの多結晶シリコンからなる
ひずみゲージ２５は、図４に示す信号処理回路の一部で
あるブリッジ回路におけるピエゾ抵抗ＲA 、ＲB 、ＲC
およびＲD を構成して、差圧を出力することができるよ
うに、同一のダイアフラム上にＲA とＲD 、ＲB とＲC
とを配置するように結線されるのが好ましい。なお、図
３において実線で示される配線と破線で示される配線と
は同一面上にはなく、絶縁層を介して積層して形成され
ている。また、図４におけるＲα、Ｒβは補償用抵抗で
ある。また、別の実施例として、それぞれのダイアフラ
ム上に４本のひずみゲージを形成し、ブリッジ回路を形
成するようにすることももちろん可能である。
２０Ａおよび比較用検出室２０Ｂのそれぞれのダイアフ
ラム上に形成された２本づつの多結晶シリコンからなる
ひずみゲージ２５は、図４に示す信号処理回路の一部で
あるブリッジ回路におけるピエゾ抵抗ＲA 、ＲB 、ＲC
およびＲD を構成して、差圧を出力することができるよ
うに、同一のダイアフラム上にＲA とＲD 、ＲB とＲC
とを配置するように結線されるのが好ましい。なお、図
３において実線で示される配線と破線で示される配線と
は同一面上にはなく、絶縁層を介して積層して形成され
ている。また、図４におけるＲα、Ｒβは補償用抵抗で
ある。また、別の実施例として、それぞれのダイアフラ
ム上に４本のひずみゲージを形成し、ブリッジ回路を形
成するようにすることももちろん可能である。
【００１８】図５は、図１に示すような構成の検出器を
有するこのガス分析装置の全体構成を示す概略図であ
る。このガス分析装置は、基本的に光源１４Ａ，１４Ｂ
と、試料セル１１と、検出器１６とからなる。前記試料
セル１１は、上記検出器と同様に２枚のシリコン製基板
を貼り合せることにより構成され、測定ガス通路１２Ａ
と比較ガス通路１２Ｂとを有するものとされている。試
料セル１１の材質のシリコンは赤外線に対して透明であ
るので、光源より照射された赤外光はシリコン壁を透過
してガス流路１２Ａ、１２Ｂを経て検出器１６に到達す
る。したがって、ステンレス製等の試料セルが従来必要
とした赤外光透過窓は、この試料セルにおいては省略す
ることができる。また前記した構成の検出器１６の測定
側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０Ｂ内には、測定
成分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持つガスが封
入されている。なお、上記したと同様の理由から、本発
明に係る検出器１６は、ステンレス製等の検出器が従来
必要とした赤外光透過窓は省略されている。図中符号１
５は光チョッパである。
有するこのガス分析装置の全体構成を示す概略図であ
る。このガス分析装置は、基本的に光源１４Ａ，１４Ｂ
と、試料セル１１と、検出器１６とからなる。前記試料
セル１１は、上記検出器と同様に２枚のシリコン製基板
を貼り合せることにより構成され、測定ガス通路１２Ａ
と比較ガス通路１２Ｂとを有するものとされている。試
料セル１１の材質のシリコンは赤外線に対して透明であ
るので、光源より照射された赤外光はシリコン壁を透過
してガス流路１２Ａ、１２Ｂを経て検出器１６に到達す
る。したがって、ステンレス製等の試料セルが従来必要
とした赤外光透過窓は、この試料セルにおいては省略す
ることができる。また前記した構成の検出器１６の測定
側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０Ｂ内には、測定
成分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持つガスが封
入されている。なお、上記したと同様の理由から、本発
明に係る検出器１６は、ステンレス製等の検出器が従来
必要とした赤外光透過窓は省略されている。図中符号１
５は光チョッパである。
【００１９】このような構造を有する赤外線式ガス分析
装置においては、２つの光源１４Ａ、１４Ｂから放射さ
れた赤外線が、チョッパ１５により断続光となり、試料
セル１１のガス通路１２Ａ、１２Ｂを経て、検出器１６
に達する。比較ガス通路１２Ｂには不活性ガスが存在し
ており、この比較ガス通路１２Ｂでは照射赤外線の吸収
は生じない。一方、測定ガス通路１２Ａを流れる測定ガ
スに被測定成分が含まれている場合、この成分による赤
外線吸収が生じている。従って、前記したように測定成
分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持つガスが封入
されている測定側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０
Ｂでの赤外線の吸収は測定側が比較側より小さくなる。
吸収された熱エネルギーによって生ずる容量（圧力）変
化を圧力センサー感圧部１９の各ひずみゲージ２５によ
り検知し、信号処理回路によって差圧を出力するもので
ある。
装置においては、２つの光源１４Ａ、１４Ｂから放射さ
れた赤外線が、チョッパ１５により断続光となり、試料
セル１１のガス通路１２Ａ、１２Ｂを経て、検出器１６
に達する。比較ガス通路１２Ｂには不活性ガスが存在し
ており、この比較ガス通路１２Ｂでは照射赤外線の吸収
は生じない。一方、測定ガス通路１２Ａを流れる測定ガ
スに被測定成分が含まれている場合、この成分による赤
外線吸収が生じている。従って、前記したように測定成
分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持つガスが封入
されている測定側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０
Ｂでの赤外線の吸収は測定側が比較側より小さくなる。
吸収された熱エネルギーによって生ずる容量（圧力）変
化を圧力センサー感圧部１９の各ひずみゲージ２５によ
り検知し、信号処理回路によって差圧を出力するもので
ある。
【００２０】また図６は本発明の別の実施例に係る赤外
線式ガス分析装置の検出器の構成を示すものであり、図
６（ａ）はその正面図、図６（ｂ）は水平断面図、図６
（ｃ）は図６（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、図６
（ｄ）は図６（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図、図６
（ｅ）は図６（ｂ）におけるＤ−Ｄ´線縦断面図、図６
（ｆ）は図６（ｂ）におけるＥ−Ｅ´線縦断面図であ
る。なお、図示はしないが、図６（ｂ）におけるＣ−Ｃ
´線縦断面は、図６（ｆ）に示すＥ−Ｅ´線縦断面図と
同様のものとなる。
線式ガス分析装置の検出器の構成を示すものであり、図
６（ａ）はその正面図、図６（ｂ）は水平断面図、図６
（ｃ）は図６（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、図６
（ｄ）は図６（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図、図６
（ｅ）は図６（ｂ）におけるＤ−Ｄ´線縦断面図、図６
（ｆ）は図６（ｂ）におけるＥ−Ｅ´線縦断面図であ
る。なお、図示はしないが、図６（ｂ）におけるＣ−Ｃ
´線縦断面は、図６（ｆ）に示すＥ−Ｅ´線縦断面図と
同様のものとなる。
【００２１】図６に示す検出室は、ダブルビーム方式の
赤外線式ガス分析装置における熱線素子型の検出器であ
って、この検出器３６は、例えば長さ４０ｍｍ×幅３０
ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ程度の２枚の単結晶シリコン製基
板を貼り合せて形成されている。これらの２枚の単結晶
シリコン製基板のそれぞれは、表面の結晶面を（１０
０）面とし、一方鏡面加工した貼り合せ面のそれぞれに
は、所定間隔を離間して長さ方向に沿って延在する２つ
の異方性凹状溝３７が異方性エッチング等のマイクロマ
シニング技術により、一体形成されている。そして、こ
れらの溝が合致するように貼り合せて２つの検出室４０
Ａ、４０Ｂを有する検出室が得られる。さらに、この検
出室４０Ａ、４０Ｂの間に、これらの検出室を結ぶ連通
管３８、抵抗体および電極配置用溝部３９およびこの溝
部３９と対向するコンタクト穴４１が形成できるよう
に、シリコン製基板の双方あるいは一方がマイクロマシ
ニング技術により加工されている。前記溝部３９は、基
板の接合に影響しないように例えば数μｍ程度の深さの
浅い溝とされており、この溝部内には測温用の例えばニ
ッケル製の薄膜抵抗体４２と、熱線素子４３としての例
えばニッケル製の薄膜抵抗体が連通管３８に近接して配
置されている。この実施例においては、測温用の薄膜抵
抗体４２が存在するが、これは省略しても構わない。も
ちろん、薄膜抵抗体４２および熱線素子４３のそれぞれ
の両端に形成される電極４４間の絶縁をとるために、配
線を行なう部位のシリコン製基板上には絶縁膜を配する
等の処置が行なわれている。また各電極４４の上部に位
置するコンタクト穴４１の壁面部表面にも絶縁のため、
熱酸化等により酸化膜を形成しておく。
赤外線式ガス分析装置における熱線素子型の検出器であ
って、この検出器３６は、例えば長さ４０ｍｍ×幅３０
ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ程度の２枚の単結晶シリコン製基
板を貼り合せて形成されている。これらの２枚の単結晶
シリコン製基板のそれぞれは、表面の結晶面を（１０
０）面とし、一方鏡面加工した貼り合せ面のそれぞれに
は、所定間隔を離間して長さ方向に沿って延在する２つ
の異方性凹状溝３７が異方性エッチング等のマイクロマ
シニング技術により、一体形成されている。そして、こ
れらの溝が合致するように貼り合せて２つの検出室４０
Ａ、４０Ｂを有する検出室が得られる。さらに、この検
出室４０Ａ、４０Ｂの間に、これらの検出室を結ぶ連通
管３８、抵抗体および電極配置用溝部３９およびこの溝
部３９と対向するコンタクト穴４１が形成できるよう
に、シリコン製基板の双方あるいは一方がマイクロマシ
ニング技術により加工されている。前記溝部３９は、基
板の接合に影響しないように例えば数μｍ程度の深さの
浅い溝とされており、この溝部内には測温用の例えばニ
ッケル製の薄膜抵抗体４２と、熱線素子４３としての例
えばニッケル製の薄膜抵抗体が連通管３８に近接して配
置されている。この実施例においては、測温用の薄膜抵
抗体４２が存在するが、これは省略しても構わない。も
ちろん、薄膜抵抗体４２および熱線素子４３のそれぞれ
の両端に形成される電極４４間の絶縁をとるために、配
線を行なう部位のシリコン製基板上には絶縁膜を配する
等の処置が行なわれている。また各電極４４の上部に位
置するコンタクト穴４１の壁面部表面にも絶縁のため、
熱酸化等により酸化膜を形成しておく。
【００２２】シリコン基板同士の貼り合せは、上記と同
様に測定対象ガス雰囲気中で陽極接合あるいはＡｕ−Ｓ
ｉ拡散接合で行なえばよく、これらの方法は例えば、４
００〜４５０℃といった比較的低温で接合可能であるた
め、熱線素子等の劣化防止の上から望ましい。
様に測定対象ガス雰囲気中で陽極接合あるいはＡｕ−Ｓ
ｉ拡散接合で行なえばよく、これらの方法は例えば、４
００〜４５０℃といった比較的低温で接合可能であるた
め、熱線素子等の劣化防止の上から望ましい。
【００２３】この実施例における検出器３６を、図５に
示すガス分析装置における検出器１６に変えて配置した
場合、測定成分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持
つガスが封入されている測定側検出室４０Ａおよび比較
側検出室４０Ｂで吸収された熱エネルギーによってそれ
ぞれ加熱されることにより各検出室に封入されたガスが
膨脹し、連通管３８内には被測定成分のガスの濃度に応
じてガスの流れが生じる。そして、このガスの流れを熱
線素子４３により電気信号に変換し検出することができ
る。
示すガス分析装置における検出器１６に変えて配置した
場合、測定成分またはその成分と同じ赤外線吸収帯を持
つガスが封入されている測定側検出室４０Ａおよび比較
側検出室４０Ｂで吸収された熱エネルギーによってそれ
ぞれ加熱されることにより各検出室に封入されたガスが
膨脹し、連通管３８内には被測定成分のガスの濃度に応
じてガスの流れが生じる。そして、このガスの流れを熱
線素子４３により電気信号に変換し検出することができ
る。
【００２４】図７は本発明のさらに別の実施例に係る赤
外線式ガス分析装置の検出器の構成を示す。この実施例
においては、検出器１６の構成は図１と同様のものであ
るが、検出器１６を形成したものと同一のシリコン製基
板の接合体に、図５に示される試料セル１１、すなわ
ち、測定ガス通路１２Ａと比較ガス通路１２Ｂが、それ
ぞれ測定側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０Ｂの長
手方向前方に位置するように形成されているものであ
る。このように試料セル部と検出器部とを同一のシリコ
ン製基板の接合体に形成すれば、より小型化、高精度化
が期待できるものである。
外線式ガス分析装置の検出器の構成を示す。この実施例
においては、検出器１６の構成は図１と同様のものであ
るが、検出器１６を形成したものと同一のシリコン製基
板の接合体に、図５に示される試料セル１１、すなわ
ち、測定ガス通路１２Ａと比較ガス通路１２Ｂが、それ
ぞれ測定側検出室２０Ａおよび比較側検出室２０Ｂの長
手方向前方に位置するように形成されているものであ
る。このように試料セル部と検出器部とを同一のシリコ
ン製基板の接合体に形成すれば、より小型化、高精度化
が期待できるものである。
【００２５】以上、本発明を実施例に基づき説明した
が、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものでは
なく、例えば前記図１または図７に示す実施例において
は、圧力センサーの信号処理回路の一部を検出器を形成
したものと同一のシリコン製基板上に形成したが、圧力
センサーあるいは熱線素子の信号処理回路を全く別の位
置に配置することは、もちろん可能である。また、上記
実施例においては、シリコンが赤外線透過性を有するこ
とから検出器の各検出室および試料セルの各ガス通路の
両端部に特別に赤外線透過窓部を形成しなかったが、弗
化カルシウム、サファイヤあるいはゲルマニウム等によ
り構成される赤外線透過窓部を形成することも任意であ
る。さらに本発明においては、小型化による感度の低下
を防止するために、試料セルの各ガス通路にＡｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ａｌまたはこれらの金属の合金等を用いた高
反射膜を被覆するといった応用技術を適用することも可
能である。
が、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものでは
なく、例えば前記図１または図７に示す実施例において
は、圧力センサーの信号処理回路の一部を検出器を形成
したものと同一のシリコン製基板上に形成したが、圧力
センサーあるいは熱線素子の信号処理回路を全く別の位
置に配置することは、もちろん可能である。また、上記
実施例においては、シリコンが赤外線透過性を有するこ
とから検出器の各検出室および試料セルの各ガス通路の
両端部に特別に赤外線透過窓部を形成しなかったが、弗
化カルシウム、サファイヤあるいはゲルマニウム等によ
り構成される赤外線透過窓部を形成することも任意であ
る。さらに本発明においては、小型化による感度の低下
を防止するために、試料セルの各ガス通路にＡｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ａｌまたはこれらの金属の合金等を用いた高
反射膜を被覆するといった応用技術を適用することも可
能である。
【００２６】このように作製された本発明の赤外線ガス
分析装置は、大型ボイラなどの煤煙発生施設の排ガス監
視、自動車排ガス監視、作業環境の監視、焼成炉の雰囲
気監視および制御、発電ボイラの省エネルギー、燃焼器
具の性能品質管理、および青果物の貯蔵庫の監視等の用
途に使用することができる。
分析装置は、大型ボイラなどの煤煙発生施設の排ガス監
視、自動車排ガス監視、作業環境の監視、焼成炉の雰囲
気監視および制御、発電ボイラの省エネルギー、燃焼器
具の性能品質管理、および青果物の貯蔵庫の監視等の用
途に使用することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の赤外線式ガス分析装置は、従来
の分析装置と比較して、精度良く小型化でき、従って、
場所的制限を受けず、携帯・設置が容易にできる小型化
および軽量化が可能であり、かつ優れた性能と簡便性を
発揮するものである。また検出室の形成と圧力センサー
や熱線素子の形成を半導体技術及びマイクロマシニング
技術によって同時に行なうことができるので、小型化に
有利なだけでなく、量産性にも優れ、また前記検出器を
形成したシリコン製基板の接合体に測定ガス通路または
測定ガス通路と比較ガス通路をさらに構成し、試料セル
部と一体化した構成とすれば、さらに小型化が容易で、
製作工数を大幅に減らすことができ、加えて信号処理回
路の一部を同一基材上に構成すれば一段と小型化され
る。
の分析装置と比較して、精度良く小型化でき、従って、
場所的制限を受けず、携帯・設置が容易にできる小型化
および軽量化が可能であり、かつ優れた性能と簡便性を
発揮するものである。また検出室の形成と圧力センサー
や熱線素子の形成を半導体技術及びマイクロマシニング
技術によって同時に行なうことができるので、小型化に
有利なだけでなく、量産性にも優れ、また前記検出器を
形成したシリコン製基板の接合体に測定ガス通路または
測定ガス通路と比較ガス通路をさらに構成し、試料セル
部と一体化した構成とすれば、さらに小型化が容易で、
製作工数を大幅に減らすことができ、加えて信号処理回
路の一部を同一基材上に構成すれば一段と小型化され
る。
【図１】図１は本発明の赤外線式ガス分析装置の検出器
の一実施例の構成を示すものであり、（ａ）はその正面
図、（ｂ）は水平断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−
Ａ´線縦断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦
断面図である。
の一実施例の構成を示すものであり、（ａ）はその正面
図、（ｂ）は水平断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−
Ａ´線縦断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦
断面図である。
【図２】図２は図１に示す実施例の検出器における圧力
センサー部の構成を詳細に示すものであり、（ａ）はそ
の断面図、（ｂ）はその平面図である。
センサー部の構成を詳細に示すものであり、（ａ）はそ
の断面図、（ｂ）はその平面図である。
【図３】図３は同実施例における結線を示す図面であ
る。
る。
【図４】図４は信号処理回路（温度補償回路）の一例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図５】図５は図１に示す実施例のガス分析装置の全体
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図６】図６は本発明の別の実施例に検出器の構成を示
すものであり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は水平断面
図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、
（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図、（ｅ）は
（ｂ）におけるＤ−Ｄ´線縦断面図、（ｆ）は（ｂ）に
おけるＥ−Ｅ´線縦断面図である。
すものであり、（ａ）はその正面図、（ｂ）は水平断面
図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ´線縦断面図、
（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ´線縦断面図、（ｅ）は
（ｂ）におけるＤ−Ｄ´線縦断面図、（ｆ）は（ｂ）に
おけるＥ−Ｅ´線縦断面図である。
【図７】図７は本発明のさらに別の実施例に係る赤外線
式ガス分析装置の検出器の構成を示す概略断面図であ
る。
式ガス分析装置の検出器の構成を示す概略断面図であ
る。
【図８】図８は従来の赤外線式ガス分析装置の一例の概
略縦断面である。
略縦断面である。
１１… 試料セル １２Ａ… 測定ガス通路 １２Ｂ… 比較ガス通路 １４Ａ，１４Ｂ… 光源 １５… 光チョッパ １６… 検出器 １７… 異方性凹状溝 １９… 圧力センサー感圧部 ２０Ａ、２０Ｂ… 検出室 ２１… 信号出力端子 ２２… 電源入力端子 ２３… 圧力導入穴 ２４… 薄膜型ダイアフラム ２５… ひずみゲージ ３６… 検出器 ３７… 異方性凹状溝 ３８… 連通管 ３９… 抵抗体および電極配置用溝部 ４０Ａ、４０Ｂ… 検出室 ４１… コンタクト穴 ４２… 測温用薄膜抵抗体 ４３… 熱線素子 ４４… 電極
Claims (5)
- 【請求項１】 赤外線式ガス分析装置において、検出器
を２枚の加工されたシリコン製基板の接合体により形成
し、この接合面部に測定対象ガスを封入した２つの検出
室を設けたことを特徴とする赤外線式ガス分析装置。 - 【請求項２】 前記検出器の２つの検出室にそれぞれシ
リコン製圧力センサーを構成したことを特徴とする請求
項１に記載の赤外線式ガス分析装置。 - 【請求項３】 前記検出器において２つの検出室の間を
結ぶ導管を設け、この一部に熱線素子を構成したことを
特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析装置。 - 【請求項４】 前記検出器を形成したシリコン製基板の
接合体に測定ガス通路または測定ガス通路と比較ガス通
路をさらに構成したことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の赤外線ガス分析装置。 - 【請求項５】 前記検出器を形成したシリコン製基板の
接合体に圧力センサーまたは熱線素子の信号処理回路の
一部を構成したことを特徴とする請求項２〜４のいずれ
かに記載の赤外線ガス分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25337294A JPH08122251A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 赤外線式ガス分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25337294A JPH08122251A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 赤外線式ガス分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122251A true JPH08122251A (ja) | 1996-05-17 |
Family
ID=17250445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25337294A Withdrawn JPH08122251A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 赤外線式ガス分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08122251A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013198979A (ja) * | 2006-04-13 | 2013-10-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
| EP3786616A1 (de) * | 2019-08-29 | 2021-03-03 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Mems basierte photoakustische zelle |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP25337294A patent/JPH08122251A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013198979A (ja) * | 2006-04-13 | 2013-10-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
| JP2015180521A (ja) * | 2006-04-13 | 2015-10-15 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー |
| EP3786616A1 (de) * | 2019-08-29 | 2021-03-03 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Mems basierte photoakustische zelle |
| WO2021038099A1 (de) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | Hahn-Schickard-Gesellschaft Für Angewandte Forschung E. V. | Mems basierte photoakustische zelle |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |