JPH11502626A - 圧力波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ピエゾ圧電素子から成る圧力波センサであって、前記ピエゾ圧電素子は、シリンダ状ケーシング内に保持されており、ばねを用いてケーシングの端面に押圧されるように構成されている圧力波センサに関する。本発明の課題とするところは、冒頭に述べた形式の圧力波センサを一層高い検出感度を有するように構成することにある。前記課題は、次のようにして解決される、即ち、ケーシングの端面が、金属シート、フォイル（１１）から成り、前記金属シート、フォイル（１１）と圧電素子（７）との間に軟質金属から成るプレッシャパッド（８）が設けられているのである。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力波センサ 本発明は請求の範囲１の上位概念による圧力波センサに関する。 レーザ励起光音響分光法では、光学的に透過性の試料、サンプルが分光測定さ れるべき化合物と共に（例えば水溶液中で）パルスレーザ光源から高い強度の短 時間の繰返される光学パルスで照射される。光熱−吸収、及びそれに伴う局所的 熱膨張に基づき、衝撃波が測定試料、サンプル内に生ぜしめられる。測定試料、 サンプルに圧着された圧力波センサ（圧電セラミック検出器）は、圧力波を電圧 信号に変換する。それの時間特性は、理想的場合では減衰された振動の時間特性 に相応し、試料、サンプル中の吸収度に比例する。ここで、下記の関係式が成立 つ。 ピエソ電圧Ｕ＝ｋ・（β・ｖ²／ｃｐ）・α・Ｉ０， 但しβ＝β（Ｔ）：測定試料、サンプルの熱膨張率 Ｖ＝Ｖ（Ｔ）：測定試料、サンプル中の音響速度 ｃｐ＝ｃｐ（Ｔ）：一定圧力下での比熱 α＝ε・ｃ：吸収係数 ε：分子吸光係数 ｃ：濃度 Ｉ０：レーザエネルギ 吸収スペクトルの記録のため、狭帯域励起レーザ（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧポン ピングされた色素レーザ）の波長が同調同調、適合調整され、そして、所属のピ エゾ電圧で記録される。 相応の実験的仕様の場合、前記方法では検出限界（Ｓ／Ｎ比＝３）に達し、該 検出限界は、従来の高分解能検吸収分光測定の場合におけるよりほぼ２オーダ低 い。下記刊行物から冒頭に述べた形式の圧力波センサが公知である。 Ｊ．Ｉ． Ｋｉｍ，Ｒ．Ｓｔｕｍｐｅ， Ｒ． Ｋｌｅｎｚｅ， Ｌａｓｅｒ −ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｕｒａｎｉｃ Ｅｌ ｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｎａｔｕｒａｌ Ａｑｕａｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｔ ｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｖｏｌ． １５７ ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ， Ｈｅｉｆｅｌｂｅｒｇ ， １９９０，ｐ．１３１−１７９ １４８〜１５５頁には種々の光音響測定セルが記載されている。前記光音響測 定セルではピエゾ圧電検出器は、電磁放射に対する遮蔽の理由から金属ケーシン グ内に設けられており、該金属ケーシングは、音響伝送のため石英ガラス−キュ ベットに結合される。このことは一般につる巻きばねにより行われ、該つる巻き ばねは、ピエゾケーシングにてないし相応の保持部にて支持されるか、又は測定 試料、サンプルの自重により支持される（試料、サンプルは、ＰＺＴ検出器上に 位置する）。音響伝送の付加的な改善により、ＰＺＴ検出器と、検出器ケーシン グとの間、ないし検出器ケーシングと測定試料、サンプルとの間にゲル状液が挿 入される。前記光音響測定センサは、次のような欠点を有する； 振動系（ピエゾ圧電検出器、ケーシング、圧着ばね）の相応の最適化が前述の 特性（最大電圧信号、ピエゾ圧電検出器の固有周波数のみでの振動、高調波振動 でないこと）に鑑みて、行われていないので、最大可能な信号振幅を利用し得な かった。更に、殊に、低い試料、サンプル濃度のもとでの検出されたピエゾ信号 の解釈が困難である。 前述の構成形態によっては、幾何学的配置（例えば、試料、サンプルキュベッ ドが検出器上に載る）に基づき、音響伝達のための付加的コンタクト手段の使用 により、困難性を以てしか、再現可能な測定信号を得ることができなかった。さ らにコンタクト手段の使用により、試料、サンプルキュベットに対する清浄化ク リーニングステップが必要とされた。前記の清浄化クリーニングは、光学的及び 化学的清浄度、純度に対する最高の要求度を充足しなければならないのである。 良好に機能する２−チャネル動作、即ち、オンライ ン−バックグラウンドサブトラクション（キュベットのＬＰＡＳ信号からの、融 剤、溶剤のＬＰＡＳ信号のサブトラクション）のため、両ピエゾ圧電検出器がレ ーザ励起のもとで同じ信号を送出することが必要である。このことは、従来技術 では、極く制限されてしか可能でなかった、それというのは、同じ信号を送出す る、密封、カプセル化された検出器を作製することが成功していなかったからで ある。 レーザ励起光音響分光法の適用の際の前述の制約、制限により、従来は、前記 の高感度の光学的測定方式プロセスをルーチン的に使用できることが許容されて いない。前記方式は従来の透過分光法より著しく感度が高いが、その種のシステ ムは極くわずかしか存在しない。 本発明の課題とするところは、冒頭に述べた形式の圧力波センサを一層高い検 出感度を有するように構成することにある。 前記課題は、請求の範囲１の構成要件により解決される。サブクレームには、 圧力波センサの有利な実施形態が記載され、請求の範囲６には、有利な適用法が 記載されている。 低い試料、サンプル濃度のもとでの光音響測定の場合、電圧信号は、比較的高 いレーザエネルギに対しても極めて小さいので、低いノイズのアンプで（圧力波 センサの共振周波数に同調して）測定可能な信号の大 きさまで増大されなけれなならない。低ノイズの信号のため、増幅度を可及的に 小に選定する（アンプの固有ノイズ）ことが図られる。この理由により、本発明 の圧力波センサないしそれの配置構成は、レーザ励起ビームに特に適する。それ というのは、本発明の圧力波センサないしそれの配置構成は最小ノイズで可及的 に高い電圧信号を送出するからである。 レーザ励起光音響分光法では、一般に圧電セラミック（ＰＺＴ検出器）から成 る圧力波センサが使用される。短時間の機械的負荷の場合前記ＰＺＴ検出器は、 それの幾何学的特性、形状に依存する固有周波数で減衰された振動をする。ＬＰ ＡＳスペクトロメータ用の圧力波センサの場合、電磁障害に対する遮蔽の理由か ら、そして、一層良好な操作扱いのために必要な金属ケーシングは、組込部分と 共に次のように構成されている、即ち、ＰＴＺ検出器が妨げられずにそれの共鳴 周波数の点で（位相の跳躍的変化の回避下で高調波の励振なしでの基本振動）立 下り振動できるように構成されている。前記特性のもとでのみ、スペクトロメー タにて検出された時間依存の電圧信号が容易に解釈可能である。 測定試料、サンプルにて生ぜしめられた圧力波をＰＺＴ検出器へ音響伝送する ため、ＰＺＴ検出器が機械的に測定試料、サンプルへ結合されることが必要であ る。ここで音響伝送の再現性には特別な重要性がある 。従って、前記結合は、測定試料、サンプルの切換後にも常に同じ仕方要領で、 即ち、同じ品質で行われる。 次に１実施例に即して図を用いて本発明を詳述する。ここで、図１はセンサの 分解図であり、図２は、組立済みのセンサの構成図であり、図３は、ダイヤフラ ム領域の拡大図であり、図４は、前記領域が１つの測定セルに当接する様子を示 す図である。 以下説明する圧力波センサに対してセンサシリンダの幾何学的形状が基礎とさ れている。ここで、圧電検出器の励振が軸方向で行われる。１０ｍｍの吸収長さ の場合、即ち、１０×１０ｍｍ（内部寸法）の底面を有する標準試料、サンプル −キュベットに対して、１０ｍｍ直径のピエゾ圧電検出器により圧力波の最良の 検出又はスキャンが得られる。増大する検出器厚さに対して、それの感度が増大 し、振動特性が、増大する減衰に基づき一層より劣悪になる。最適化試行により 明らかになったところによれば、５ｍｍ厚さの検出器が、なお解釈可能な振動特 性のもとで最大電圧信号を送出する。短時間励振の場合（ほぼ５ｎｓ）前記検出 器は２００ＫＨｚの共鳴周波数で立下がり振動する。ピエゾ電圧信号の電圧増幅 は、外部の２０／４０ｄＢローノイズ（Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ）アンプで行われる 。 図１は、圧力波センサの構成を示す。ピエゾ電圧の 取出のため同軸スリーブ１は、ケーシング端部２内に取り付けられる。非導電性 材料から成るスペーサリング３は、ばね４と、ケーシング１端部２との間の絶縁 のため、そして、ばね４に対する対応支承部として用いられる。絶縁された線材 ５を介して、ピエゾ圧電検出器の一方の側と、同軸スリーブの内部導体との間の コンタクトが形成される。絶縁ディスク６は、ばね４の第２の対応支承部として 用いられる。 ピエゾ圧電検出器７としてニッケル電極を有する鉛−ジルコン酸塩−チタン酸 塩検出器が使用される。 絶縁外套シート、フォイル（ポリエチレン）９はケーシング１０（外套管）に 対する組込部分の絶縁のため、そして、ガイドとして用いられる。ピエゾ圧電検 出器のアースコンタクトは、ケーシングを介して形成される。ケーシング端部２ 及びケーシング２，１０，１１は、有利にねじ留めされる。ピエゾ圧電検出器７ は、つる巻きばね４を以て、高級、特殊鋼から成る薄い振動ダイヤフラム１１に 圧着されている。振動ダイヤフラム１１は、もっぱらそれの共鳴周波数にて振動 するセンサにとって中心的重要性を有する。試験により明らかになったところに よれば、圧力波センサは次のような際のみ所要の特性を呈する、即ち、振動ダイ ヤフラム＜＜ケーシング厚さである場合のみ所要の特性を呈する。ここで、説明 されている事例では、１５〜４５μｍ厚さの両側で研磨された高級、特殊鋼シー ト、フォイルが振動ダイヤフラム１１として使用される。ケーシング肉厚は１ｍ ｍである。 測定試料、サンプルへのセンサの最適の音響結合のため、振動ダイヤフラム１ １とピエゾ圧電検出器７との間に軟質金属から成るほぼ０．４ｍｍ厚のディスク ８がプレッシャパッドとして、例えば、インジウム（圧延したインジウム−シー ルワイヤ線又はインジウムシート、フォイル）から成るものとして挿入されてい る。閉じられたセンサケーシングでは、前記のつる巻きばね４は、ほぼ２０Ｎの 力を以て、ピエゾ圧電検出器７を前記プレッシャパッド８を介して、高級、特殊 鋼ケーシング１０に取り付けられた振動ダイヤフラム１１へ圧着する。降伏限界 を越えて負荷されるプレッシャパッドが両側で表面粗さ、ないし、面の平坦性か らの偏差に適合化される。弾性的−／可塑的変形に基づき、振動ダイヤフラム１ １は、高級、特殊鋼ケーシング１０の縁をほぼ０．１〜０．８ｍｍ越えて押し出 される。ここでピエゾ圧電検出器とダイヤフラムとの間のコンタクト接触面が通 常のコンタクト手段（例えばグリセリン）なしでも振動減衰作用をする空気封入 部の存在しないようになる。 圧力波センサは、一層良好な結合のため、第２つる巻きばね（ここでは図示せ ず）を有するユニット全体として、ダイヤフラム表面に対して並行に位置付けら れた、試料、サンプル１４を有するキュベット１３に 押圧されている。ここで、圧着押圧力は次のような大きさでなければならない、 即ち、内部ばね４により惹起される、振動ダイヤフラム１１の湾曲が極めて十分 に解消されるような大きさでなければならない。逆向きのばね力により、短時間 内で進行するキュベット１３へのピエゾ圧電検出器７の音響結合の最適化が生ぜ しめられる。更に測定さるべき軸方向振動が振動ダイヤフラム１１の生成するリ ング状の張力低減により好ましい影響を受ける。 振動ダイヤフラム１１として適当な高級、特殊鋼シート、フォイルを薄肉厚の 高級、特殊鋼シート、フォイル−センサケーシングへ固定するため適当なろう付 け方式プロセスを開発しなければならなかった。ここで、機械的に永続的な結合 、接続（高いばね力、殊に片側での負荷の際！）及び導電結合、接続が振動ダイ ヤフラム１１と外套管１０との間で肉厚１ｍｍ）形成されることが必要であった 。前記のろう付け方式の場合殊に、外套管の内面にろう付け剤が排出してはいけ ない、それというのは、そうしないと、ダイヤフラムの振動能力が阻止されるか らである。 取付は、予熱された実験炉において軟ろうにより行われる。このために、適当 な固定締結装置及びワイヤ状の融剤付高級、特殊鋼軟ろうが使用される。好適な ものとしては、例えば下記のものがある。 ＶＡ−Ｗｅｉｃｈｌｏｔ（軟ろう）；ＤＩＮ８５０ ５、ＦｉｒｍａＤｕｒａｒｏｄｅ社製（Ｄｒｅｉｅｉｃｈｓｔｒ ６， Ｍｏｅ ｈｒｆｅｌｄｅｎ−Ｗａｌｌｄｏｒｆ）Ｔｙｐ（タイプ（型式））Ｄｕｒａ−Ｓ ｏｌｄｅｒ ＨＳ，ＤＴ５３１１−１１６． １．６ｍｍ直径及びその中に含まれている融剤付のもの。それは２２１°ｃの融 点を有する。 固定締結装置は、良好な熱伝導性の真鍮−ベースプレートから成り、上記真鍮 −ベースプレート上には当初は余分な寸法のろう付すべき４角形のＶＡシート、 フォイル１１が載置される。位置固定可能な丸棒を介して後方に向かって支持さ れた固定締結部材は固定締結ネジを以てセンサケーシングのシリンダ状ケーシン グ１０を固定締結ＶＡシート、フォイル１１上に固定締結する。ろう付個所では 、外套管の内面を掴む訳にはゆかない、それというのはそういうことをすると内 面にてろう付過程ではろうが昇ってゆくからである。これに反して、外側の外套 面は容易に掴んでも良い（面取りした角、ベベル部ほぼ０．１ｍｍＸ４５°）。 固定締結装置全体が熱蓄積（熱蓄積板）のため厚い金属板上に位置付けられる。 それの熱容量は、ベースプレートのそれより著しく大でなければならない。この ことを充足するのは、例えば６５Ｘ７５ｍｍの寸法の１０ｍｍ厚さの真鍮板であ る。 ろう付過程のため、１．６ｍｍ直径の軟ろうワイヤ１２が、１×２ｍｍの横断 面になるようにフラットに 押圧され、セグメントに分割され、リング状にＶＡシート、フォイル１１上に固 定締結装置により固定締結された外套管１０の周りに設けられねばならない。明 らかになったところでは、６つのリングセグメントの配置により、相互にないし 外套管に対してほぼ１ｍｍの間隔を以て良好なろう付結果が得られる。 本来のろう付過程のため少なくとも４００°ｃに加熱可能な実験用炉で相応に 容易に操作可能な試料、サンプル空間付のものが必要とされる。本事例では炉は 熱蓄積板付の炉がほぼ３０分３９５°ｃに加熱される。前記の終温度に到達後、 固定締結装置は炉内に工作物及び調整された軟ろうを以て熱蓄積板上に置かれ、 炉は閉鎖される。ＶＡシート、フォイル１１と高級、特殊鋼ケーシング１０との 間の間隙の毛管作用により軟ろうは侵入する、ほぼ２分経過したら、ろう付過程 は良好なろう付結果のため、工作物と共に固定締結装置が取出されなければなら ない。空気にて冷却後、工作物は固定締結装置から取り外され、張設されたＶＡ シート、フォイル１１は外される。 次に幾つかのパラメータに対するトレランス領域を示す。 ピエゾ圧電体−幾何学的特性、形状（ピエゾセラミック）； シリンダー幾何学的形状 直径； 最大の測定感度及び障害信号に対する最小の感度のためピエゾセラミックの直 径は、測定試料、サンプルの幾何学的特性、形状に適合されねばならない。従っ て、前述の場合１ｃｍ吸収長の測定キュベットの場合１０ｍｍ直径のピエゾ圧電 体セラミックが選択された。他の吸収長を有する測定試料、サンプル（キュベッ ト）に対して直径を相応に変更すべきである。 厚さ； 前述のように、１０ｍｍの所定の直径に対して前試行にてピエゾ圧電体厚さが 最適化された。前記の最適化に基づき１ｃｍの吸収長を有するキュベットに対し て５ｍｍのピエゾ圧電体厚さが選択された。厚さは２〜１５ｍｍの範囲で変化し 得る。 ケーシング幾何学的特性、形状 シリンダ幾何学的特性、形状 内径； 内径はピエゾ圧電体セラミック＋絶縁外套シート、フォイルの厚さの２倍の値 ＋渦巻きばねで支持された組込部分の取付ないし支障のない運動のためのトレラ ンス 外套面の肉厚； 重量及び強度上の理由から、１ｍｍの肉厚が選定された。外套面の肉厚は、セ ンサの機能にとって単に副次的重要性を有するに過ぎない。 長さ； 長さは、組込部分の寸法及びつる巻ばねの機械的特性データにより定まる。本 例では３５ｍｍの長さが選定された（ケーシング中のばね力、ほぼ２０Ｎ）。お そらく３０〜５０ｍｍの長さを選定できる（それにより、ばね力は相応に変化す る）、その際、センサの機能を損なうことはない。勿論、そのための前提となる ことは、外部ばねのばね力が相応に適合される（ばね力、内部的≒ばね力、外部 的）。 振動ダイヤフラム１１（シリンダ底部の厚さ）； 電磁照射の遮蔽のため全方向で包囲された金属製ケーシング、即ち、金属製ケ ーシング底部が必要である。 従来技術によれば、これまで、底部を有するシリンダ状ケーシングが回転部分 、ないし、旋削部材（turned piece）として作製された。振動伝達のため、その ことにより、不十分な表面品質（殊に内側底部）のほかに、シリンダ底部が製作 技術上最小限１ｍｍ厚さにしかなり得なかった（劣悪な振動伝達、高調波モード ）。従って、先ず、底部として研磨されたＶＡ−ディスク、が使用され、該レー ザビームで底部にて研磨されたＶＡ−ディスク、は、レーザビームでシリンダ外 套に溶接された。ディスク厚さは５００μｍであった。ディスク厚の３００μｍ への減少は大して測定信号改善が成されなかった。なおさらに薄いＶＡシート、 フォイル使用の場合、機械的強度（内部ばねの力）に 就いての問題が予想される。 シート、フォイルの、外套との結合は、導電性でなければならない。シート、 フォイルが接着されるか、溶接されるか、又はろう付けされるかは重要でない。 複数のプロセスのテスト後（レーザビーム溶接、接着、ろう付け）の後、前述の ろう付法が最良（前記の幾何学的特性、形状、即ち、１ｍｍ肉厚に対して）であ ることが判明している。 材料； 研磨加工した薄いシート、フォイルのそれの化学的耐久性、簡単な処理性、利 用可能性に基づき、特殊高級鋼がセンサケーシング１０に対する材料として使用 された。基本的他の導電性金属製材料を使用することもできる。 軟質金属−プレッシャパッド； シリンダ幾何学的特性、形状； 直径； 最適の音響結合のため、軟質金属−プレッシャパッドの直径は、ピエゾ圧電体 セラミックのそれに相応しなければならない。 厚さ； 使用されるディスクの厚さはほぼ４００μｍであった。これはクリティカルな 程度のものであってはならない、それというのは、前記厚さは製作上の理由によ り定まったものであり（インジウム線材からなるディ スクの簡単な作製）、また、比較的大きなトレランスが信号感度に影響を及ぼさ なかったからである。多分仲間、同業者のところで入手可能な１０μｍ〜ほぼ１ ｍｍの厚さ領域のインジウムシート、フォイルを使用できる（欠点；著しく高価 ）。最小厚さはピエゾ圧電検出器及び振動ダイヤフラムの表面粗さは寸法分の和 以下であってはいけない。 材料 プレッシャパッドとして使用される材料は、インジウムと類似の機械的特性を 有しなければならない（軟質金属）。殊に、硬度（”可塑性”）、厚線及び引張 強度は、ほぼ等しくなければならない。インジウムにより、ブリネル硬度は０． ９〜１．２、引張強度は２６０〜７５０Ｎ／ｃｍ²、圧縮強度は２２０Ｎ／ｃｍ² である。光音響分光法構成ではプレッシャパッドはほぼ２Ｘ２０Ｎ、即ちほぼ５ ０Ｎ／ｃｍ²の力の負荷を受ける。 ピエゾ圧電検出器−ここではプレッシャパッドのほうに向いた電気的コンタク ト（アースコンタクト）は、対向する側に導かれている（１つの側にて２つのろ う付け個所）−使用の場合、材料は必ずしも導電性でなくてもよい、それと異な って、本明細書に述べられたピエゾ圧電体タイプでは良好なアースコンタクトの ため導電性は十分大でなければならない。 図２は、圧力波センサの組立済みの状態を示す。こ こで、縮尺度は、振動ダイヤフラム１１を一層良好に示すため拡大されている。 右下にはセクションＸ、Ｘ′が示してあり、該セクションＸ、Ｘ′は図３及び図 ４では更に拡大して示してある。 図３は、試料、サンプルキュベットのない圧力波センサの一部分を示す（部分 詳細Ｘ）。ばね４の力により、振動ダイヤフラム１１はピエゾ圧電検出器７及び プレッシャパッド８を介して外方へ押圧される。振動ダイヤフラム１１と高級、 特殊鋼ケーシング１０の端面との間に結合部として軟質金属から成る層（ディス ク）が示されている。 図４は、圧力波センサの一部分を示す（個別部分Ｘ）。ここでセンサは更なる ばねを用いて試料、サンプルキュベットの窓１３に押圧されている。ダイヤフラ ム１１はもはや膨らみ、隆起のある状態でなく、ケーシング１０は機械的ピエゾ 圧電検出器７から減結合されている。窓１３右方には試験されるべき試料、サン プル１４が存在する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年３月３日 【補正内容】 明細書 圧力波センサ 本発明は、ＥＰ−Ａ−０４０１６４３から公知のような、請求の範囲１の上位 概念による圧力波センサに関する。 レーザ励起光音響分光法では、光学的に透過性の試料、サンプルが分光測定さ れるべき化合物と共に（例えば水溶液中で）パルスレーザ光源から高い強度の短 時間の繰返される光パルスで照射される。光熱−吸収、及びそれに伴う局所的熱 膨張に基づき、衝撃波が測定試料、サンプル内に生ぜしめられる。測定試料、サ ンプルに圧着された圧力波センサ（圧電セラミック検出器）は、圧力波を電圧信 号に変換する。それの時間特性は、理想的場合では減衰された振動の時間特性に 相応し、試料、サンプル中の吸収度に比例する。ここで、下記の関係式が成立つ 。 ピエソ電圧Ｕ＝ｋ・（β・ｖ²／ｃｐ）・α・Ｉ０， 但しβ＝β（Ｔ）：測定試料、サンプルの熱膨張率、 Ｖ＝Ｖ（Ｔ）：測定試料、サンプル中の音響速度 ｃｐ＝ｃｐ（Ｔ）：一定圧力下での比熱 α＝ε・ｃ：吸収係数 ε：分子吸光係数 ｃ：濃度 Ｉ０：レーザエネルギ 吸収スペクトルの記録のため、狭帯域励起レーザ（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧポン ピングされた色素レーザ）の波長が同調、適合調整され、そして、所属のピエゾ 電圧で記録される。 本来のろう付過程のため少なくとも４００°ｃに加熱可能な実験用炉で相応に 容易に操作可能な試料、サンプル空間付のものが必要とされる。本事例では炉は 熱蓄積板付の炉がほぼ３０分３９５°ｃに加熱される。前記の終温度に到達後、 固定締結装置は炉内に工作物及び調整された軟ろうを以て熱蓄積板上に載置され 、炉は閉鎖される。ＶＡシート、フォイル１１と高級、特殊鋼ケーシング１０と の間の間隙の毛管作用により軟ろうは侵入する、ほぼ２分経過したら、ろう付過 程は良好なろう付結果のため、工作物と共に固定締結装置が取出されなければな らない。空気にて冷却後、工作物は固定締結装置から取り外され、張設されたＶ Ａシート、フォイル１１は外される。 次に幾つかのパラメータに対するトレランス領域を示す。 ピエゾ圧電体−幾何学的特性（ピエゾセラミック）； シリンダ状−幾何学的形状 直径； 最大の測定感度及び障害信号に対する最小の感度のためピエゾセラミックの直 径は、測定試料、サンプルの幾何学的特性に適合されねばならない。従って、前 述の場合１ｃｍ吸収長の測定キュベットの場合１０ｍｍ直径のピエゾ圧電体セラ ミックが選択された。他の吸収長を有する測定試料、サンプル（キュベット）に 対して直径を相応に変更すべきである。 厚さ； １０ｍｍの所定の直径に対して前試行にてピエゾ圧電体厚さが最適化された。 前記の最適化に基づき１ｃｍの吸収長を有するキュベットに対して５ｍｍのピエ ゾ圧電体厚さが選択された。厚さは２〜１５ｍｍの範囲で変化し得る。 ケーシング幾何学的特性 シリンダ幾何学的特性 内径； 内径はピエゾ圧電体セラミック＋絶縁外套シート、フォイルの厚さの２倍の値 ＋渦巻きばねで支持された組込部分の取付ないし支障のない運動のためのトレラ ンス 外套面の肉厚； 重量及び強度上の理由から、１ｍｍの肉厚が選定された。外套面の肉厚は、セ ンサの機能にとって単に副次的重要性を有するに過ぎない。 長さ； 長さは、組込部分の寸法及びつる巻ばねの機械的特性データにより定まる。本 例では３５ｍｍの長さが選定された（ケーシング中のばね力、ほぼ２０Ｎ）。お そらく３０〜５０ｍｍの長さを選定できる（それにより、ばね力は相応に変化す る）、その際、センサの機能を損なうことはない。勿論、そのための前提となる ことは、外部ばねのばね力が相応に適合される（ばね力、内部的≒ばね力、外部 的）。 振動ダイヤフラム１１（シリンダ底部の厚さ）； 電磁照射の遮蔽のため全方向で包囲された金属製ケーシング、即ち、金属製ケ ーシング底部が必要である。 請求の範囲 １．ピエゾ圧電素子から成る圧力波センサであって、前記ピエゾ圧電素子は、シ リンダ状ケーシング内に保持されており、ばねを用いてケーシングの端面に押圧 されるように構成されており、ここで、前記端面は、少なくとも２つの層からな るものである形式の圧力波センサにおいて、 ケーシングの端面が、金属シート、フォイル（１１）から成り、前記金属シー ト、フォイル（１１）と圧電素子（７）との間に軟質金属から成るプレッシャパ ッド（８）が設けられており、ここで、前記プレッシャパッド（８）は、ばね（ ４）により、降伏限界を越えて負荷されるものであることを特徴とする圧力波セ ンサ。 ２．金属シート、フォイル（１１）は、５〜３００μｍの厚さであることを特徴 とする請求の範囲１記載の圧力波センサ。 ３．軟質金属から成るプレッシャパッド（８）は１０〜１０００μｍ厚さである ことを特徴とする請求の範囲１又は２記載の圧力波センサ。 ４．金属シート、フォイルは、高級、特殊鋼から成るものであることを特徴とす る請求の範囲１から３までのうちいずれか１項記載の圧力波センサ。 ５．軟質金属は、インジウムであることを特徴とする 請求の範囲１から４までのうちいずれか１項記載の圧力波センサ。 ６．レーザ励起−光音響分光法のための検出器として使用されることを特徴とす る請求の範囲１から５までのうちいずれか１項記載の圧力波センサの適用法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピエゾ圧電素子から成る圧力波センサであって、前記ピエゾ圧電素子は、シ リンダ状、ケーシング内に保持されており、ばねを用いてケーシングの端面に押 圧されるように構成されている圧力波センサにおいて、ケーシングの端面が、金 属シート、フォイル（１１）から成り、前記金属シート、フォイル（１１）と圧 電素子（７）との間に軟質金属から成るプレッシャパッド（８）が設けられてい ることを特徴とする圧力波センサ。 ２．金属シート、フォイル（１１）は、５〜３００μｍの厚さであることを特徴 とする請求の範囲１記載の圧力波センサ。 ３．軟質金属から成るプレッシャパッド（８）は１０〜１０００μｍ厚さである ことを特徴とする請求の範囲１又は２記載の圧力波センサ。 ４．金属シート、フォイルは、高級、特殊鋼から成るものであることを特徴とす る請求の範囲１から３までのうちいずれか１項記載の圧力波センサ。 ５．軟質金属は、インジウムであることを特徴とする請求の範囲１から４までの うちいずれか１項記載の圧力波センサ。 ６．レーザ励起−光音響分光法のための検出器として使用されることを特徴とす る請求の範囲１から５ま でのうちいずれか１項記載の圧力波センサの適用法。