JPS58500140A - 光学的分光分析に基づくガスの選択的検出のための検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的分光分析に基づくガスの選択的検出のための検出装置 本発明は光学的分光分析ならびに幾何光学系の分野に属する。本発明は、ガスの 選択的検出のための比較的ＩＩ雑でない検出装置に関する。この検出装置は本質 的に、実質的に閉じた楕円体反射器内に配設されて熱的または機械的に変調され る白熱体を有しており、該白熱体の光は検出セルに供給される。楕円体反射器は 被測定ガスを直接収容しているか、あるいはまた排気されているかあるいは測定 ガス吸収範囲で非吸収性である不活性ガスが充填されている。前者の場合では、 楕円体から発射される光は狭帯域干渉フィルタと組み合された広帯域検出器かま たは狭帯域検出器に供給される。光を吸収しない不活性ガスが充填されている楕 円体を用いる後者の場合には、狭帯域干渉フィルタを通過した後に、光は測定ガ スを収容している光音響セルを照射する。この場合には、御］定は、完全にまた ほぼに完全に閉じた光音響セルを用いて行なわれる。光音響セルにおける淘ｊ定 中の音勢分離ならびにガスの交換は、セル檄に設けられた毛細管、液体バリア（ ｌｉＩ壁）または重力制御ボール弁によりガス供給装置を用−て行なうことがで きる。該ガス供ｉ＠装猷は／Ｊ％型の拡声器またはダイアフラム・ポンプおよび 円板弁の組合せからなる遮断供給装置を基にして実現される０マイクロホン信号 は検出されて、マイクロプロセッサで制御されディジタル・オフライン形式で動 作するロックイン増幅器により処理される。単一の処理装置で、並列または直列 に、ガスの排出および複数の検出装置の信号処理を制御することができる０はぼ 点状光源によって発射される光から、はぼ平行の光ビームを発生することは、幾 何光学の一般的原理から公知である。一般に、放物面または球面ミラーおよび／ ｌたは球面あるいは非球面レンズ系、すなわち光学的コンデンサがこの目的で用 いられている。光源の高い放射効率が重要であり、且つ光ビームが小さい発散を 有するようにしたい場合には、大きな幾何学的寸法の光学系を用いて光束を発生 するようにすることが不可欠である。光学的分光計の構造においては、この事は 不利でありしかも決定的な重−性を有している。

従って一般に用偽られている分散または干渉モノクロメータ・システムの場合に は、良好な分解能を得るために、モノクロメータにおける集束光ビームが小さい 分散を示すことが要求され（この要件はまた狭帯域干渉フィルタを用いる場合に も当て嵌る）、他方光源からの放射のできるだけ大きな部分を利用することがで きるようにするために通常あらゆる努力が払われている０ 赤外線スペクトロメータもしくは分光針の場合には、ビーム路における雰囲気吸 収、特に水蒸気による吸収を考慮しなければならない。この拳は特に、乾燥空気 で掃気したりあるいは装置全体を排気することにより達成される。従ってこれら の理由だけがらも、ある種の用途においては、小さい幾何学的寸法で、小さい発 散で強い光ビームを供給する光学系に対する需要が存在する。

発散に関する要件は、干渉フィルタを用いた場合にはそれ程厳しくはない。干渉 フィルタの帯域通過特性に対する望ましくない変化を回避するために、光束の開 き角のコ分のｌの値はｉｓ度以下にすべきである。

系が閉じていない場合でも、上に述べた理由から、光ビームを、周囲雰囲気を経 る距離を最小にするようにして案内することが望ましい。これらの要件は慣用の 光／コンデンサ・システムでは十分には満されていないＯ 光源の輝度変調を行なうことは確かに必要であり、そしてこの事は一般に回転セ クタ円板を用いて機械的に行なわれている。しかしながら、廉価な検出器（例え ばパイロ電気素子または光音醤セル）は、往々にして低い周波数で最適に動作す るものであるので、光源は先駈＃！に、器を用いる必要もなく、直接、熱的にＲ 調することができる。この方法は、単純で且つ高い信頼性を持って動作するカス 検出装置に特に有利である。

ガス検出においては、二酸化炭素の検出が特に重畳な課題となっている。他方、 二酸化炭素は、廉価な金属酸化物半導体センサはＣＯ，に応答しないところから 、費用を成る限度に抑えて検出することはできない。他方また、空気調和装置に おける空気量あるいは火災の発生は空気中のＣＯ，含量の検出により評価するこ とができる。このＣＯ，は赤外線を特に非常に強く吸収する。

従って、ＣＯｌの光学的測定は非常に容易でありしばしば用いられている。しか しながら空気中の比較的高いＣＯ，績度ならびに高い吸収係数は、感度の高い光 音譬学的方法を使用することを絶対的に必要とするものではない。従って、減光 もしくは減光測定、すなわち試験ガスにおける光の減衰の測定を行なえば十分で ある。

しかしながらこの様な測定では、光が吸収セルに入る前に光ビームの輝度もしく は強さを非常に正確に知ることが絶対的に必要である。何故ならば、濃度測定は 、光吸収路の前後におけるガスに対する特定の波長の光輝度もしくは強さの差を 基に行なわれるからである。

従って、補助光学系、例えば部分的に反射性のミラーを用いて光の一部を取り出 すことが一般の慣行となっているが、しかしながらこれには付加的な材料が必要 とされ、さらに調整に費用がかかる。

測定装置の寸法が制限されるにも拘らず長い光路を確保しそれによりビームの相 当な減衰を達成するために、光が複数回反射されるセルがカスの減光もしくは減 光測定にしげしげ用いられており、これらセルは多重反射セルと呼ばれている。

このようなセルにおいては、入射光ビームを狭幅に集束するこさが必要とされ（ 特殊なミラー形状を用いることにより発散に対処することが可能である）、他方 またミラー系を非常に正確に調節しなければならない。このような理由から多重 反射セルは通常非常に複雑であり且つ高価である。

多重反射セルの他の由々しい欠点は光学系の経年変化である。すなわち、光の反 射率が時間の関数として変化してしまい、幾何学的パラメータが離調してしまう 。

このような変化は、校正測定をしばしば実行しない場合、試検ガスによって生ぜ しめられる信号減衰と識別することができないような輝度減衰を惹起してしまう 。

光音勢ガス検出方法は、低濃度の大気ガス不純物、例えば−酸化炭素、窒素酸化 物あるいはメタンを検出するのに非常に満足な方法であることが知られている。

この方法は、単色光（主として赤外線放射）がガス成分によって吸収される時に ガス混合物内に生ずる圧力変化をマイクロホンによって測定することからなる。

Ｌ、Ｇ、ＲＯ６ｅｎｇｒｅｎの論文［ムｐｐｌｉｅｄ　０ｐｉｉｃ５＋玉第１ｆ 巻、頁／ｆＡＯ（／？７ｊ）参照。この目的で、一般に、輝度同調可能な赤外線 レーザが高感度コンデンサ・マイクロホンと共に用いられている○ 双會子近似のｘｉで、空気の主たる成分すなわち２素、＃莞およびアルゴンは於 外紐放射を吸収しないという事実が有利に利用されている。例えば、Ｌ、Ｂ。

Ｋｒｅｕｚｅｒは、／　Ｏｐｐｂ　（ｔｏ−８）の＃度に対応する窒業中のメタ ンを／６ｇＷレーザで検出することができたと報告している。「Ｊ、Ａｐｐｌ、 Ｐｈ７ｓｉＣｓＪ、４Ｉ２巻、頁Ｊ？Ｊｌ（／？７／）参照。強い赤外線放射を 用いれば、／θ−１３までの濃度を測定できることが示唆されている。

検出装置は、ガス検出感度の要件を軽減することにより相当単純化することがで きる。特に、高価な同調可能な赤外線レーザを、白熱体および狭帯域干渉フィル タを有する単純な装置によって置換することができる。最近、Ｍ、Ｊ、Ｄ、Ｌｏ ｗおよびＧ、Ａ、Ｐａｒｏｄｉが、「ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈ７ｓｉＯｓ　Ｊ　、 第一０巻、頁３．３３（／９１０）に、レーザの代りに白熱材料を用いて光音餐 効界に基づく赤外線スペクトロメータを報告している。しかしながら、格子付モ ノクロメータと組み合せた場合、この光源は、輝度減衰が大きいために、光音餐 赤外線スペクトロメータには満足ではないことが判った。輝度の観点から、この モノクロメータを干渉フィルタで置換すれば有利であろうが、しかしながら融通 性もしくは汎用性および精度を犠牲にしなければならない。

光音譬効果に基づくガス分析装置の７つの範喚として、赤外線レーザの代りに白 熱体が成功裡に用いられている。すなわち、いわゆる非分散性の光ｆ％ガス分析 装置が開発されており、多種多様の概迄妙二知られている。この点に関しては、 例えは、ＯｏＨ，Ｂｌｕｎｃｋの西独特許公報第一ア！１０ダ７号明細書ならび にＵ、ＤｅｐｔＯｌｌａおよびＷ、Ｆａｂｉｎｓｋｉの西独特許順公開公報ｗ、 ２７コｇｏｇ’を号を参照されたい。このような非分散型装置においては、フィ ルタに適合されたガス成分により吸収される光の量で、直接的にマイクロホン信 号が発生されるのではなく、試験ガスと基準ガスとの間における光の減衰の差が 選択的に測定される。このガス選択的光輝度差測定は、被検ガス成分が充填され た光音置型差測定セルによって行なわれる。このようにすれば、単色光源が必要 とされず、他のガスの検出のための切換に際しては光音番セルに充填されている 大量のガスを交換するかあるいはセル自体を交換するだけでよいという大きな利 点が得られる。しかしながら、差信号測定と関連して、光ビームを分割し、一つ の分割ビームを非常に正確に勢化しなければならないために構造は複雑になる。

光音舎セルは音蕃共振および非共振モード双方で成功裡に用いられている。前書 共振モードで光音餐セルを動作する場合には、セルは測定申開いた状態に維持す ることができる。但し、その場合、開口は音蕃共振器の節点に設けられていなけ ればならない。光の低い変調周波数で動作が行なわれる非共振モードの場合には 、測定中セルを閉状態に維持することが不可欠である。光吸収の結果としてセル 内の圧力が上昇するが、これは壁に太き′ｆ：：６．口を設けることにより連続 的に補償される。しかしながら、このことは光音◆効果が減衰もしくは阻止さへ されてしまうことを意味する。加えるに、開口を設ければ、大気圧変動がセルに 結合されてしまう（空間雑音）。このようになれｔｉ′測定は非常に困難になる し、或いは不可能にさへなる。この種の問題は、非分散型の光音◆装置では生じ ない。というのは測定ガスが充填されているセルは光前書検出領域から分離され ているからである。

赤外線放射を試験中のガスによって吸収するという原理に基づく光音番効果を利 用した場合には、光音譬セル壁における弱い放射吸収が不利な効果を齋らす。

例えば、「Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓｉｃｓ」、ダコ巻、頁コデ３ダ（ｌデフ／） に掲載のり、Ｂ、Ｋｒθｕｓｅｒの論文を参照されたい。ガス濃度検出限界をｐ ｐｍ範囲（ｉｏ−’）に制限すれは、セル壁における光反射は、光がセル中を数 回通過し、そのため光路の大きさが増大するという利点を齋らす。このような、 いわゆる多重路光前書セルは、窒素内ｎ−ブタンの検出に用いて効果があった。

例えば、［Ｊ、ムｐｐＩ。

Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｊ　、第ダ７巻、頁３ｓｓｏ（ｔデフ６）に掲載のＲ＋ＤＪｅ ａｍｍの論文参照。

ガス濃度を正しく御」定するためには、測定に先だってセルをよく掃気する必要 があるので、同じ検出セルを用いて同じ試験ガスを検査する場合には、掃気と測 定過程とを交互に蘇り返すことが不可欠となる。

マイクロホンもしくは光検出器信号は、光を曝セルに衝突する輝度変調された光 の周期性で交瞥する成分を有する。この信号を検出するために従来、ロックイン 増幅器が用いられている。この増＠器は、基準信号と同じ周波数を有し該基準信 号と同相関係にある成分を信号からろ波して増幅する装置からなる。この種の装 置は種々な形態で市販品として入手可能である。

一般に７５Ｈ２以下の非常に但い変調周波数を用い、白熱体をロックイン増幅器 によって内部的に発生される基準信号により制御できることから、ｔ＊ｍの公知 の構造と比較してマイクロコンピュータにより制御されるディジタル装置を使用 するのが有利である。この点に関しては、［Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、■ｎｓｔｒｕｍ、 Ｊ、第ｇｏ巻、頁２９６（／？７？）に掲載のＳ、ＣｏｖａおよびＡ、Ｌｏｎｇ ｏｎｉのディジタル動作ロックイン増幅器に関する記述を＃押されたい。

この種の装置はオンライン方式で動作する装置、すなわち信号処理が連続的な仕 方で行なわれる回路装置である。しかしながら、ガス交換および測定プロセスを 交互に行なう事例においては、時定数の倍数を表わす測足前のオンライン装置の 安定化時間が介在するために、測定速度は相応に低くなる。マイクロホン信号の 検出および処理に加えて、ガス交換もしくは切換を七二りする必要があるが、こ の作業はマイクロコンピュータにより非常に容易に行なうことができる。

本発明の訴題は、上に述べたよりな欠廣を除去し、光学的分光分析に、理に基づ く廉価で汎用性がある選択的ガス検出装置を提供することにある。この１１１題 を解決するに当たっては次のような個々の問題がある。

ｌ１ｉｉｉに関する要件が極限られておって、しかも光源の最適光出力で、大気 に対し完全にまたは部分的に閉ざされた或いは閉ざされていない系内に、小さい 断面を有し且つ小さい収斂しか示さない光ビームを発生することができる光学装 置を実現する必要があること。

上記光学装置を、光の放射率を測定できるように構成しなければならないこと。

上記光学的装置を大量ベースでの検出に適するように構成しなければならないこ と。

他の問題として、測定ガスを互換できるように装置を実現することが挙けられる 。光音養ガス測定セルを使用する場合には、装置は同時にセルの前書的分離もし くは切放しを保証しなければならない。

上述の問題は、完全にまたは部分的に閉じた回転楕円体反射器の一つの焦点の内 の１つに少なくとも１つの白熱体例えばコイルを配設し、そして形成された測定 光束を＃楕円体の延長主軸の方向に開口を介して取り出すことにより解決される ０基準光束は、刈上の楕円体の延長主軸の反対方向に別の開口を介して取り出す 。

白熱体の変調は、回転セクタ円板を用いて機械的にまたは熱的に発生することが できる。モノクロメータは少なくとも１つの光学的狭帝域適逝フィルタ、好まし くは干渉フィルタによって構成される。しかしながら幾つかの光学フィルタを回 転円板上に配設することもできる。この場合には、同時に光変調器の機能が果さ れる。

光測定の目的で、パイロ電気素子または測定ガスを含有していない光音１１測定 セルのようなガス選択的に動作しない検ａｔ器を用いることができる。

後者の場合には、ガス検出の効率は、ミラーを光音響セルの背部に装着すること によって改良することができる。

セルが前会非共振モードで低周波数で駆動されるので、検出に先立って、該セル を測定ガスで掃気しなけれはならない。この事は、セル壁に細い毛細管を設ける とか、或いは、シュミットトリガの動作になぞらえることができる動作を行なう 液体動力学的原理に基づく非線形フロー（流れ）系を用いることによって行なわ れる。

アルミニウムが蒸着されているプラスチック・ダイアプラム（ＩＩ）を有する小 型の拡声器を本質的な基本要素とする供給装置が、強制ガス循環に用いられる。

マイクロホン信号は、オフラインでマイクロコンピュータ・ベースで動作するデ ィジタル・ロックイン増幅器によって検出され処理される。この増幅器はまた、 光音響セルにおけるガスの切換もしくは交換ならびに干渉フィルタの切換えおよ び演：、足甲の光源変調を制御する。単一のマイクロコンピュータ・システムを 用いることにより、複数個の検出セルを同時にまたは逐次制御しその出力信号を 処理することができる０以下、非限定的な実施例に関し添付図面を参照して本発 明の詳細な説明する。

第１図はガス検出器の機能要素の梗概図である。

第二図は焦点に光源を備えた従来の放物面反射器を示すＯ 第３図は焦点に光源を偏えた従来の楕円体反射器を示す。

第９図は一つの焦点の内の７つに光源を有し、光が大きい主軸の方向に取り出さ れる本発明による楕円体反射器を示す。

第３図は第参図の楕円体反射器の輝度伝達特性を示す。

第６図は白熱コイルの支持部、光を取り出すための手段ならびに反射器を排気し たりコイルを調節するための接続部を備えた第参図の実施例の詳細を示す。

第７図は測定および基準ビームの取り出しを図解する第参図の楕円体反射器の略 図である。

第Ｓ図は第参図の楕円体反射器の別の実施例を示す。

第９図は第ｑ図の楕円体反射器の更に他の実施例を示す。

第ｉｏ図は測定ビームの機械的光断続器を偏えた楕円体反射器を示す。

第１／図は組み合せられたモノクロメータ−光断続器の可能な実施例を示す。

第１コ図および第１３図は測定および基準信号の取り出しならびに検出器セルの 配列を示す楕円体反射器の図である。

第ｉａ図は従来の選択的非分散型光前会ガス分析装置を示す。

第１５図は非分散型前嚢ガス分析装置における試験および基準ビームの減衰を図 解する図である。

第７６図は非分散型ガス分析に楕円体反射器を用いる事例を示す図である。

第１７図は本発明による選択型ガスセンサ装置の概略を示す。

第１ｔ図は一酸化炭素の赤外線スペクトルならびに水分による干渉を示す図であ る。

第１？図は測定ガス交換装置を備えた楕円体反射器セルを示す。

１１ｇコＯ図はガス交換のための供給装置を示す。

第２１図および第ココ図は分離された光源を有する楕円体反射器セルを示す。

１１ｇ１３図は毛細管によるガス交換方式の光音響セルを示す。

第一ダ図は音４１液体蓮断型の光音響セルを示す。

第２５図は追加の液体交換装置を偏えた第２４１図に基づく概造を示す。

第一１図は液体充填毛細管を用いた音Ｉ＃蓮断型の光音等セルを示す。

第コク図は音Ｉ＃遮断用の球弁を示す。

第２１図は組み合せられたガス交換−遮断装置を備えた光音響セルを示す。

第コテ図はディジタル・ロックイン増幅器のハードウェアのブロック・ダイアグ ラムを示す。

第３０図はディジタル・ロックイン増幅器のフローチャートを示す。

第Ｊ／図はいくつかの光音響セルを備えたガス検出装置を示す図である。

第１図は、ガス検出器の機能的構成要素の総体図である。光源ｉｏから放出され て光変調器コ０により輝度変調された放射は、モノクロメータを通過した後に、 測定ビームとして測定検出セルｇｏに供給されると共にまた基準検出器ＳＯに基 準ビームとして供給することができる。試験ガスは、ガス交換装置ｉ６ｏを用い て交換可能なようにして光源ｉｏ内に設けられるか、あるいはまた、測定検出セ ル４ｔｏ内に設けられる。後者の場合には、該セルｌ−Ｑは光音響セルとして構 成される。また、後者の場合には、ガス交換装＠　１０が測定前におけるガスの 交換および測定中のセルの前会的分離を行なう。検出セルａＯおよび必要に応じ 基準検出セルＳＯの電気信号が検出されて評価制御装置ｔθにより処理される。

さらに、この装置ｔｏは九使訓器コク１ガス交換装ｆｊ３ｏおよび７０ならびに 必要に応じモノクロメータ３０を制御する。なお飯々の構成要素に関しては追っ て詳細に説明する。

１１１１２図および第３図には、光源ｉｏと関連して先に述べた従来技術が図解 しである。

本発明は次のような事実に基づく。＆伺光学の法則に従い、第７図に示した楕円 体の焦点／／から発射された光ビームは、反射器壁で反射された後に焦点／／１ に入る（その逆も真である）０ このような光ビームと関連して、反射器壁状の反射の数を増大すれは、該光ビー ムは長い主軸に接近し、そして僅か一１３回の反射後に実質的に蚊主軸と一致す ることが判る。

従って２つの焦点の内の１つに光源を設ければ、大きい主軸上に非常に強く且つ 理想的な程に平行な光束が発生される。

この光束は、大きい主軸と楕円表面との間の交差点の１つ（例えば第７図のｉｓ ）に設けられた小さい開口から取り出すことができる。しかしながら、この開口 の幅は次のような２次的効果を齋らす。即ち、光ビームが大きい主軸に当たる前 に反射器系を去ってしまうという効果である。この結果、楕円開口部で光の円錐 が形成されてしまい、該円錐の島き角は開口の直径ならびに楕円体パラメータに よって決定される。

閉じた楕円体反射器の使用自体は新規ではない。このようなミラーは、小さい光 源から小さい標本もしくは試料に高い効率で光を供給するのが問題となるような 事例で、しけしは用いられている。しかしながら、ここで新規なのは、大きい主 軸に沿う光集束の利用ならびに該軸の延長部における放射の取り出しである。

この装置に関してはスイス国において、ｌ？ｔ１年λ月コ！日に特許出願がしで ある（スイス国特許出願第１λｂｂ／１ｔ−ｏ参照）。

この方法は多くの光学的応用例において、光源をできるだけ正確に表わすことも しくは正確に平行なビームを発生することが問題となる場合に全く用をなさない ので、この方法が一般に採用されていないことは別に驚きではない。ビーム案内 の高い精度は、個々の光ビームがそれぞれ異った回数の反射後に楕円体を去ると いう事実によって阻害される。フィルターモノクロメータを用いる場合には、光 ビームの収斂に関し高い要件は課せられず、光取出し検出器からの距離は小さく することができる。

しかしながら、この装置は実際上理想的な事例、すなわち最適放射率を有する光 源が正確に点形態にあって欠陥のない楕円体の１つの焦点に正確に位置している 事例では動作しない。光源によって放射された総ての光は、λつの反射後に該光 源に反射し戻されて吸収されてしまうからである。従って相当大きな透明度を有 し寸法が無視し得る程小さいスパイラル形の光源を用いるのが現実的である。ス パイラルもしくはコイル状光源に反射し戻された光は、この場合には失われるこ となく、実際上白熱体の付加的な加熱を惹起する。

小型のものとすることができるフィルタ、７／は、−口／Ｚの近傍に配設され、 そして検出セルはその直後に配置される。

計算機シミュレーションを用いた計算から、楕円体内面／ダの反射率が９３ｆｒ ｒであって、点状光源を焦点／／に配設した場合には、コイル１７によって放射 された光の内のＥＱチが、小数回の反射後に長主軸に対して最大？、ｔ０の角度 で１ｏＩＩ幅の出口１５から放出され、その場合、放射ビームのＳ３チは、３． ５０の開き角を有する円錐体内に位置することが判明した（この場合、楕円体の 半軸長は７．コ傳および６ｃＮＩであると仮定している）。

また計算機シミュレーションから、光源の位置を焦点からずらせば、主として大 きな主軸に対し垂直な方向において光出力に相当な降下が生ずることが判った（ 第Ｓ図癖照。θ＝コニ喪主軸に垂直な方向）。なお。

第Ｓ図は、焦点／／に対する光源の偏差の関数としての輝度を示す。

これらの事項を考慮して計算機での計算によれば、大きい主棚上に配設した二部 のフィラメントで３６％の総合輝度出力が得られた。

計算機シミュレーションで得られた結果は、先に示した寸法を有する反射器を用 いての実験で非常に満足に再確認された。

既に述べたように、光源を、楕円体内の関連の焦点の外に配設した場合には１本 発明による装置の光出力に降下が生ずる。従って、光源の適確な調節もしくは心 出しが重要である。この要件は、例えば、第６図に示すように、ガスの排気また はガスの充填に扇いられる接続１６をその縦ｒＩｉＢｌ＠が焦点に向って延びる ように配置することにより非常に容易に満される。平行な光を長主軸に活って開 口１５から放射する場合には、その大部分は焦点で集束される。従って、７つの 焦点に配設されたコイル／７は、正しく調節されると直ちに照射される。

既に述べたように、王として長主軸に対し垂直な方向（θ＝π／−２）において 光出力に相当な減少がろられる。

焦点／／に対する白熱体の位置が経時変化し、それに加えて、反射器１５の反射 率が汚染等により変化することは避けられないので、基準量測定を行なうことが 重要であることは言うまでもない。

この間粗は、例えば基準ビームを、開口／Ｓに面し且つ例えば喪主軸上に配設さ れた第二の開口ｉｓ’により、楕円体反射器から取り出すことにより解決される 。

第７図参照。

この構成によれば、多重回の反射の結果として、ｉｓにおける光の輝度は７３℃ における輝度にほぼ比例するので、幾何学的要因から生ずる装置の光出力の変化 を大きく回避することが可能となる。このことは、光源が存在しない場合にもま た焦点ｉｉにおける光源の輝度が焦点／だにおける輝度と異なる場合にも当て嵌 る。

しかしながら、楕円体／４１に第２の開口ｌｓ′を形成すると、単一の開口／Ｓ だけを有する構造と比較して、小さい放射角の場合に光の輝度が減衰することを 指摘しなければならない。

本発明はまた次の様な仕方で補充することができる。

ｌ）第に図の構造 開口／Ｓの既述の２次的効果を減少するために、セル４Ｆ／のみに、反射器／ｑ と同じ焦点を有する楕円体反射器／−を設ける（４Ｉコは、場合により球面体反 射器で近似することができる〕。その結果として、←ｌを通るビームは一つの焦 点／／および／／１に反射し戻され、それにより長主軸に、より多くのビームが 集中し、既述の効果のより最適な実現が達成される。

コ）第デ因の構造 楕円体内に球面または放物面反射器ｉｇを、その焦点が該長楕円体の頂点の７つ 例えば／／１と一致し、その軸線が楕円体軸線に位置するように装置する。

この反射器は、楕円体内における反射の回数を減少し、その結果寸法にも因るが 、楕円体の光の伝達に肩利な効果を有する。

反射器／１は、開口／Ｓに対して垂直な方向の光線束を発生する。楕円体内にこ のような反射器（平面反射器であってもよい）を配設することにより、楕円体の 輝度伝達が改善されると考えられる。

光変調器−〇は第１図に記号的に略示しである。この変調器λＯは、第参図の白 熱体／／の電力を周期的に変える装置であってもよいしく技術豹変ＩＩ’）ある いはまた第１０図に示すように光源ｌ／と検出器参ノとの間の光路に配設した回 転セクタ円板−／Ｖ（チョッパ）としてもよい。

分光分析方法を採用した選択的ガス検出では、単色光が使用される。白熱体を、 元弁として用い、この白熱体が広いスペクトル範囲で光を放出する場合には、モ ノクロメータ３０（第１図）を用いる必要がある。

しかしながら、本発明の目的には、狭帯域干渉フィルタがより適当である。しか しながらまた、（主として赤外線スペクトル範囲における）ガスの固有吸収帯に より成るスペクトル領域で透明である適当なガスが充填され密封されたセルを使 用することも考えられ得る。

第１／図は、機械的光変調器とモノクロメータとの組合せを示す。少なくとも１ つの干渉フィルタ３３または少なくとも１つのガス・セル−３が回転ティスフ３ −上に配設されている。異なったガス充填内容を有する異なったセル、３１１， ３１１’、Ｊ−等々、才たは異なった干渉フィルタ、？、７．．？Ｊ’、、？、 ？”等々あるいは干渉フィルタとガス・セルの組合せを用いれば、同時に別々に ガス混曾物の幾つかの成分を検出することが可能となる（このことに関しては追 って説明する）。

第１／図に示すように２円形の干渉フィルタあるいはガス・セルを用いる代りに 、セクタ形状の結合されたフィルタ要素を用いることも考えられ得る。

ガスの分光検出を行なう場合には、同定しようとする成分を含有しているガス（ 以降、測定ガスと称する）を光源と検出器との間の光路内に配設することが必要 である。基本的には、この測定ガスは３つの異なった点、即ち第１図の光源ｌＯ １光源ＩＯと検出セルｅ。

との間または検出セルｑθで光路に導入することができる。次に、こわら３つの 異なった事例についてよりド細に考察する。

第ｌ省−目に述べた条例の場合には、測定カスは光源１０、即ち楕円体反射器ｌ ダ内に導入される。これに関しては、／９１／年ｉｏ月−９日付けのスイス国特 許願第６９０／／ｌ／−Ｊを参照されたい。

ガス濃度の決定は、減光測定を基にして行なわれる。

即ち、光路内の測定ガスの吸収範囲の波長による光輝度の減衰をめる　この場合 、反射器は、第１に、光を集束した状態で検出器に供給するコンデンサ・レンズ として作用し、そして第二に多重反射セルとしての作用をする。ｉｓの個所に設 けられている検出器ｑ／は、反射器ＩＱ内の測定ガスの吸収スペクトルに適応し なければならない。このことは、測定しようとする型のガスを含有している光音 響セル４’／かまたは第１−図に示すように、狭帯域光学フィルタ３１と広帯域 検出器との組合わせを使用することにより達成することができる。既に述べたよ うに、ガス濃度の測定は、元の輝度の減衰からめられるので、測定ガスにより減 衰されない光ビームの測定即ち謂ゆる基準測定を実行することが絶対的に必要で ある。この基準測定は、例えば、元が吸収セルに入る前に光の輝度を測定するよ うにして行なうことができる。この場合には吸収セルは用いることはできないの は熱論である。別法として、光の輝度測定を、測定ガスのスペクトル吸収範囲外 で行なうことができる。このような基準測定はスペクトル的に克択的に動作する 第１３図の光ｆ％−セル参戸を用いるか、あるいは適当なＶ、帯域フィルタ３１ １を内蔵している広帯域検出器４１３１を用いて行なうことができる。芭うまで もないことであるが、測定ガスの吸収範囲および基準信号検出器りｌｏまたは１ １．７’の感度範囲は重なり合ってはならない。

しかしながら、一つの検出器を類似のスペクトル範囲で行動するのが有利である 。このようにすれば、汚染から生ずる反射器／４’の反射率のスペクトル挙動を 考慮することが可能であるからである。

上記のことは、フィルタＪ／’のスペクトル透過範囲を選択するかあるいはまた 適当なガスを光音舎セル４’／’に導入することにより可能になる。ここで言う 適当なガスとは、測定カスに含まれておらず、該測定ガスと重なり合うスペクト ル帯域を有していないガスである。

スペクトル吸収もしくは吸光を測定するのに最もしばしば用いられている方法で は、先に第２の事例で述べたように、光源１０と検出セル４１１７との間の光路 に測定ガスが置かれる、 ここで、この型の特定の装置、即ち非分散ガス分析装置について群細に説明する 。この種のガス分析装置の構造は第１ダ図に簡略な形態で示されており、第１ダ 図中、参照数字／／は非単色光放射源である。光は、反射器アッセンブリ／？に より一つの分割ビームに分割され、これらコつの分割ビームは測定ガス・セルｅ ９およびｈ準セルダ亭１を通過する。光音智セルは、被検査成分を含むガスが充 填された室４１ｇと、室弘ダ。

ｔＩ＄ｌを通る全べての放射を吸収する光吸体ダ６と、マイクロホン・ダイヤフ ラムを有する圧力差測定セル弘りとを有する。この装置は次のような仕方で動作 する。光＠／／の連続スペクトルから、その一部が試験カス室＋＋内でスペクト ル１０３での被検成分によって吸収される。伝達光は第７Ｓ図に曲＠１０／で示 すように、この領域で僅かに減少する。また、重なり合うスペクトルを有するカ ス成分による干渉スペクトル１０Ｓならびに試験ガス中の他のガス成分、例えば 二酸化炭素のスペクトル１ｏｔｉが考慮される。例えば。

スペクトルｌθ６を有する干渉ガス成分を含有している基準セルの透過率が１０ ２で示されている。音響セルは、被検ガス成分例えば二酸化炭素で充填されてい るので、光はスペクトル範囲ｉｏＪにおいてのみ案系統で吸収される。差測定方 法であるので、範囲ｉｏ３の透過スペクトル１０／は、ＩＯ−の苅応の範囲と比 較される。このようにしてｉｏ、ｔのスペクトルと重なり合わないスペクトルｉ ｏ＋を有するガス成分でマイクロホン信号が発生され得る。しかしながら、ここ で、この例は一酸化炭素および二酸化炭素に関する上述の装置に限定されるもの ではないことを指摘してお（。

干渉スペクトル１０．Ｓとスペクトル１０３のようにスペクトルに部分約１なり 合いが存在する場合には、スペクトル１０１．を有する基準カスでの部分的補償 か可能であるが、絹ゆる楊影Ｉｌｌ　（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｉｎｆｌｕｅｎ ｃｉｎｇ）は完全に排除できない。

非分散動作をする光音曹装置は、第７６図に示すように楕円体反射器を用いて実 現することができる。白熱体／／および／／°は焦点に配設される。光は１回転 槽円体ｌダの主軸に溢い開口／Ｓおよび／デを通して取り出される。ミラー／？ 　、　／９’および７　ｑ＠、　／　９１１１で、光束は偏向されてセル／Ｉｌ および４Ｉ４Ｉ＋に供給される。被検測定ガスはセル４Ｉ７内に入ｎられ、他方 、セルｌ１１は例えば基準ガスを収容している。

板挟成分カスが充填されている光音響セルは吸収体Ｑ５および検出ｈｅりを含む 。吸収体ダＳの外側の室は検出器ダクに接続されている。光の吸収から生ずるこ れら室ｌＩ５間における圧力差がセル４Ｉ７内のマイクロホン・ダイアフラム（ 隔膜）によって検出される。

Ｑ３の中心部には、吸収体す６が設けられており、この吸収体ｑｂは一つの外側 の呈を通過する赤外線を完全に吸収する。

開口／３．／デにおける光輝度の等化は、光源／／。

／／°の発光度を変えることによって可能となる。また。

半反射性ミラー／９．／？’を内蔵した赤外線光検出器を用いるなどして自動的 等化が可能である。

次に第３の事例である光路に設けられた測定ガス装置に関し説明する、測定カス 九項検出セル弘Ｏの構造は、既述の元音響勺釆に基づく。第７図は、不発明によ るガス検出装置の構造を示す。なおこれと関連して、７９ざ１年３月λ６日付の スイス国特許願第−０３１７ｇ／−デを参照されたい、例えば熱的に変調される 白熱体ｌ／の放射は、反射器系１３、好ましくは大きい主軸に治う光取り出し部 を備えた閉楕円体反射器ｌダによって集光されて、小さい開き角の元円錐の形態 で狭帯域フィルタに供給される。このフィルタの通過帯域は、第１を図に５吸収 スペクトル１０３を有するガスに対する領域Ｂで示すように、被検ガス成分の吸 収スペクトルに適合されている。ここで、光源が単一の回転線、例えばＡ工にマ ツチされるレーザを用いる場合と異なり、フィルタの帯域幅の結果として、完全 な回転構造が決定される点を指摘しておく。このことは、いずれにせよ低い輝度 を有する光源の吸収量に対し有利な効果を有する。幾つかのスペクトル領域で赤 外線放射を吸収するガスの場合には、吸収が最大レベルとなり、他方また、例え ば第１を図にスペクトルｌＯ３で示すように他の可能なガス成分の吸収スペクト ルとの重なり合いが重要でない領域を選択する必要がある。この理由から、フィ ルタは振動一回転ｌｆｌ造の部分領域Ｃにのみ同調するのが適当である。干渉フ ィルタ３３が用いられる場合には、通過帯域の微調整は、光路における該フィル タの斜め配置によって行なうことができよう。

しかしながら、他のカス成分での測定による干渉は、例えば測定ガスあるいは干 渉成分に逮脅した１つ以上の狭帯域フィルタを用いることにより殆んど除去する ことができる。異った成分の実効的なガス濃度は、レーサ光源を用いた装置に関 する。Ｐ、Ｐｅｒｌｍｕｔｔｅｒ　。

Ｓ、ＳｈｔｅｒｉｋｍａｎおよびＭ、１３１ａｔｋｉｎｅの「ムｐｐｌｉｅａ　 ０ｐｔ１ｃｓＪ、第１３巻、頁−２４７（／９７９）に記述されているような異 った狭帯域フィルタ３／を用いた測定からディジタル的にめることができる。狭 帯域フィルタは、光路内に例えば逐次導入することができる。これは、第１／図 に示すように回転円板にこれらフィルタを配設することによって簡単に実現する ことができる。前に述べたように、この装置を光変調の目的で同時に使用するこ とも可能である。しかしながら才た、幾つかのろ波された光束を同じ前書セル４ ’／に供給したり或いはまた、光源／ｌ、光学系１３．フィルタ３／およびセル ダｌを有する幾つかの光音響装置を用い、その場＠各系におけるフィルタを異っ たカス成分に適合するようにして使用することも可能である。実際の光音響セル は小型であって実質的に閉じた空洞（キャビティ）である。マイクロホンｌＩｔ は１１１１部に装着される。光の入口窓ダｔに面する側に扁平の窓弘−が設けら れている。この窓４を−はまた、湾曲形態を有していても良い。

セルは、低い光変調周仮数で動作するために、音響共蚤で動作しない。

１定カスの楯壌は荷に１蚤な条項である。多様の装置が第１図にブロックｂＯｊ ６よび７ｏで示さゎている。

ガス交換（切換）装置は、測定カスが充填された光源ＩＱに関係するものであり 、他方ｔｏは検出セルｑＯ内の測定ガスのための対応の装置を表わす。

測定カスが充填された光源／θの場合には２つの問題がある。第１に、楕円体形 状であるために効率の良いガス交換が一層難しくなる点であり、第二は、ガス流 の変動が温度、従ってまた白熱体光源／ｌの放射輝度を顕著に変動しないように することが必要な点である。ガラスは、二酸化炭素吸収範囲では透明ではなく制 限された適用性しか有していないので５実際上白熱体をバルブ（ガラス球）内に 包入することは不可能である。

従って第１９図に示すような均等強制ガス循環が有利である。この例においては 、楕円体にガス供給装置６コと共にコつの追加の開口ｂ／、４／’が設けられる 。

この均等で効率の良いガス循環は、小型のダイアフラム・ポンプによって達成す ることができる。

例えば、第２０図は、空気＃Ｘ環に適当であると思われるガス供給装置６λの可 能な構造を示す。実際には、３ｅｓの直径を有するプラスチック製のダイアフラ ムを有する小型の拡声器６３を用いて実現される供給装置である。６ダは大口弁 であり、６　Ｑ’は出口弁であって。

薄肉のゴム製のダイアフラムから構成されている。例えば、！；ＯＨｚの動作周 波数ては０．７♂／抄のを気加蓋をＳミリバールの過圧で供給することができる 。、ＷＡ声器タイアフラムは、カス吸収を行ってガス組成に関する誤謬を齋らさ ないように、アルミニウム被覆を蒸着するなどしてカス吸収に対しパシベーショ ン処理されている。このようなポンプは、ＩＯケ月も、故障を生ぜす連続的に動 作することが判った。例えは、光源ｌ／を熱的（こ太幽する場合、従って′ｙｔ 、ω／／が小さい熱的慣性を有しなけれはならないような場合には、白熱体／／ を格納している楕円体の部分領域を、特定放射波長に対して透明な少なくとも１ つの薄肉のダイアフラム６０を、６５′または薄肉の管６ｂで、第２７図に示す ような仕方で残りの反射６１ｉ！Ｊｔ域から分離することにより、ガス厖の変動 をさらに良好に抑圧することができる。測定カスが、反射器表面に塵や凝縮物（ 例えば水）の形態で容易に付備し、該反射器の反射性を損うような不純物を含有 している場合には、特殊な問題が生ずる。この場合には問題の放射に対して透明 で且つ光源に左右されることなく焦点ｌ／１に交わる軸線７ｉ−有する薄肉の管 ６６を介しで御（定カスを供給するのが有利である。

第１ダ図および第７６図のように、非分散性光音響ガス分析装置の場合には、カ ス・セル＋ｅにおけるガス交換と関連して問題が住することはない。しかしなが ら、カスの予俯江′浄が必女であろう。第２θ図に示した型の供船装飢がこのカ ス佑項にも適していると考えられる。

測定ガスが充填されている光音舎検出セルダＯの場合には状況はさらに複雑にな る。効率の良いガス交換機能の他に、装置り０は音響散出し機能を実現しなけれ ばならない。

測定中は、光音響セルからのガスの漏洩により光吸収に依存する雑音信号が弱め られないようにする必要があると共に、他方また測定雑音レベルを増大する外部 空間雑音の侵入を阻止しなければならない。

いずれにせよ効率の良いガス交換には圧力変動が伴うので、この期間中測定を行 なうことはできない。第１ダ図および第７６図に示した、測定ガス充填光乾１０ または否分散ガス検出の場合と異なり、測定ガスは装置７０を用いて交番的に置 換しなければならないし、また測定検出セルを測定中音響的に遮断した状態に保 たなければならない。

上の問題と関連して、Ｓつの可能な解決が考えられる。以下、これに関して説明 する。

先ず第１に、検出セル壁に設けられた毛細管７１を永久的に開放しておくことに よりガス交換を行なうことができる。これら毛細管は、測定相中青畳分離を保証 するように薄肉にしなければならない。これと関連して第１り図を１照されたい 。約０．／■の直径およびＯ，Ｓ−の長さを有する毛細管で、光音◆的に発生さ れる雑音信号を充分に減衰し得ることが判った。しかしながら、大きな雑音の結 合を阻止するためには、付加的な音響吸収体７コを設ける必要があろう。第２３ 図にはこの構造が示されており、音響吸収体は空洞７３および別の毛細管７１に よって実現されている。しかしながら、薄肉の毛細管７／ならびに付加的な空洞 ７３は迅速なガス交換を可能にしない。第一０図のガス供給装置ｂコのＥＥ縮比 はこの要件を満足するのに充分ではなく、より強力なポンプ７ケが必要とされる 。

一つの他の前会分能の実施例として、液体動力学的貴重分離原理に基ず（／９１ ／年７月コダ日付けのスイスｇ５１＠Ｉｖ！Ｆ＠ｆ、ｏｔｓｙ／ｇｙ−ｇｊｃＷ ａ示ｇｎてい６ものが挙げらｎる。

第二参図はさらに他の実施例を示す。ポンプ手段６−は、液相媒体７Ｓを介して 供給管７参を経て装置の外部からガスを容器？６に供給し、この容器からガスは 接続７ｑ＠を経て光音響セルダｌに流れる。光音替セルダｌから排出されたガス は接続７ρ′１　を経て液相媒体りｑ＋を通り容器り６１に流れ、そこで供給管 りＣを経て温風送りされる。

ポンプ手段６）が動作していない場合には、光音響セルは、液相媒体りＳおよび クデにより外部から殆んど分離される。即ち、光音響信号は殆んど減衰されず。

しかもスプリアスな音響信号の侵入は太き（阻止される。光音◆セルの前嚢分能 は、空気および液相媒体が非常に異なった＠智硬度（Ｈ＝ＩＭ　−ｐ、但しＥは 弾性＄５ｐは孔度）を有しており　したがってガス−液体および液体−カス界面 におけるｆ番エネルギ適応が非常に小さいと言う事実に出る。例えば、外耳から 内耳内の流体への音響の伝搬の場合にこのような問題の生ずる人間の耳の場合に は、良好なエネルギ適応が中耳の耳小骨によって補償される。即ち空気および耳 内の流体の異なったｆ＊硬さが機械的伝達（伝達比６０：ｌ）によってｉｍｇれ るのである。

流孔媒体り５．り５゛が用いられる結果として、サージ様にガスが流れるために 、特性的な変調圧力変動がポンプ手段６λの動作中に光音響セル＋／ｆこ生じ、 これら変動はマイクロホンＱｇによって記録される。かくして得られるマイクロ ホン信号で、この通流型のシステムの機能のチェックが可能となる。

液相媒体７！　、　７３’は同時にカス・フィルタとしての作用をなし、ガスが 光音響セル４４／に流入する前にガスを洗滌することを可能にする。媒体７ｇ、 ７ｓ’を適当に選択することにより成る株の測定を損、なう成分（例えばＨｌｏ ）を被測定ガスを除去することができる。この目的で、供給管７Ｑ、７Ｑ’によ り容器り６，１’を他の−型の容器および他のカス処理装置に接続することが考 えられる。句加的なガスの予備洗滌の目的で媒体７Ｓおよびり５１の代りに固体 １Ｉ１２１質を用いることもできる。

液相貌体７！ｒ７ｓ＋が光音響セルの内部に侵入するのを阻止するためには、ｆ ［は、第一１図に示すように１力に関連して正しく配置しなけれはならない。

装置を、重力の時間可変極性ベクトルｇを有する基準糸門に配設する場合には、 装置は例えばジンバル手段によって取付けることができる。このようにすれば成 る程度位置の変化を補償することができるが、必要な接続により限界が課せられ る。第一４図の７　ｑ　＋で示すように、ポンプ手段６−を接続する代りに、７ ４Ｉで示すように配置することもできる。

第２３図は、供給管路′７７を介して、容器り６，７＆’を５例えば液相媒体７ ５　、７！’より低いレベルで７つまたはコつ以上の容器７６１に接続すること を可能にする追加の手段を示す。容器７６″は媒体７ｓ、７ｓ’を格納しておっ て、成る時間の経過後、該媒体は自動的に、例えば弁７７＋により７！；、’Ｉ Ａ’に切換えられる。この方法は、いくつかの測定セルを使用する事例に特に適 している。

第コロ図は本発明の別の実施例を示す。液相媒体７ｇ、’１ｓ’は毛細管７ｇ　 ７　ｇ　ｌ内に設けられている。毛細管７ｆ、７ｔ’の直径は、膨張容器？　ｆ ｆ’または？　ｒｌｌ＋ならびに出口接続部りｊＩＶ　または’ｔｔｖ内の圧力 が同じとして毛細管力が、はぼ動作温度で液相媒体７Ｓの流出を阻止するような 寸法に選択されている。

出口接続部７にＶにおいて、ポンプ手段６コは、液相媒体７Ｓが毛ｍ＋１１７ｇ から膨張容器７ｒ内に逃げ且つ出口接続ｓ？ｇｘｖ内のガスが毛細管７ｇを介し て膨張容器７ｅ、そして供給管路７　ｔＩｍを介して光音響セルＱＩ内に流入す るような圧力降下を発生する。

光音響セルｅ／から排出されたガスは供給管路７１Ｉｌ１１を介して膨張容器７ ｇ　ＩＩ＋と流入し、そこで毛細管７ｔ１内の媒体７　Ｓ＋は出口接続部りＩｖ に追いやられて毛細管７　ｔ’を空にする。

ポンプ手段６コをオフに切り携えると、膨張容器ｑｔ＋または出口接続部７ｚｖ 内の液相媒体７Ｓまたはり５１が各々毛細管りｔ、７１１内へと戻り、光音響セ ルシダ／を外部空間雑音源から切り離し、同時にセルにおける光音響圧力信号の 減衰もしくは無効を確実にする。

ポンプ手段６コを出口接続部りｔｖに装着する代りに、出口接続部７Ｓ工Ｖに固 定することもできる。

媒体り５，７テがセルｔＩ／内に侵入するのを阻止し且つ戻り媒体流が多様の毛 細管に流れ込むのを確実にするために、ここで述べている構造例の場合には、セ ルは、第２６図に示すようにガス交換相中重力に対して適正に取り付ける必要が ある。ガス交換相以外、ｉえば振込中、測定中等では１毛細管力が作用しておっ て媒体７ｇ、７！’の流出を阻止しているので取り付は位置は問題とはならない 。

この例でも、ガス交換中の慣流装置の機能は、光音響セルダｔｉｃ％性的に変調 された出力変動が生ずるので、マイクロホンａｔによりチェックすることができ る。

前会分離の第ダの実施例においては、ｌトさい球り９が用いられる。この球？９ は重力の作用下で弁座７？’に圧接される。第一７図を照。このようなホール弁 は光音曹セルの絢側に配設されている（第一０図に示すように）。ポンプ手段６ コの効率は圧縮およびカス循環時間に関し昧せられた要件を満足しなければなら ない。

第２７図にはカス９．換併気装置の第Ｓ番目の実側例が示されている。この装置 は、第２θ図に示すようなガス供給装置とプレート（板）弁との組会せからなる 。ガス交換相中、ガス供給装置６コおよび１２’は双方共に供給状態にあり、弁 板ｂｓ、ｂｓ’を有する拡声器ダイアフラムｂｂ、ｂｂ’は振動する。測定相中 、一つの拡声器ダイアフラム６６およびｂ　ｂ　＋は、弁板６５，６デが弁座６ り、６７’に圧接されるように制御される。フードもしくはドームｂｔ、ｂｔ’ が、拡声器ダイアフラムを介しての空間雑音の伝達を減少する。

検出器ダ０またはＳＯの電気信号の検出および処理ならびに光変調器−〇、必要 に応じモノクロメータ３０およびガス交換器？０の制御と関連して、装置ざＯが 必要とされる。

Ｒｏｃｋｗθ１１　ＡＩＭ　ｌ、Ｓマイクロコンピュータを用いて、制御および ロック・イン増幅器組付せ装置を最初に製作した。ポンプ制御部を除いて、この ハードウェア部分のブロック・ダイアグラムがｆｆ１Ｊ９図に示されている。＃ 照数字５１は低ｉｋ音前支増幅器を表わし、この増幅器は、一体の入力増幅器を 備えたエレクトレット・マイクロホンから信号を受ける。この信号はそこで、比 較的低いＱを肩する帯域通過フィルタ＆、２に供給されて、雑音の低周波成分お よび烏周波成分が除去される。このろ波はディジタル的に動作するロックイン増 幅器の動的範囲が制限されているため、言い換えるならばディジタル化段ＥＱに 不必畳な雑音を受けてはならないという理由から必要とされるものである。電圧 −周波数変換器ＩＱでのディジタル化に先だち、信号はマイクロコンピュータｇ ｓによって制御される増幅器段ｔ３で、ｒ＋に好都合な電圧範囲に変換される。

白熱体すなわち光源は、電力増幅器を基によりマイクロコンピュータの内部発振 器により制御される。

マイクロコンピュータ装置のソフトウェア構造が非常に簡略なフローチャートの 形態で第３０図に示されている。出発ステップ９／に続いて、先ず装置全体がス テップデコで初期設定される。すなわち、複チャンネル・メモリが組織化され、 光変調用内部発振器が起動され、モして段ｔ３の最適増幅率が決定される。それ に続いて、複チャンネル・メモリで電圧−周波数変換器パルスの累が行なわれる （ステップ９−）。増幅されパルス変換さｎたマイクロホン信号は、内部発振器 の予め定められたサイクル数の期間中に、複チャンネル・メモリで加算され、そ の結果光ｆ：ｙ４も累算される。この累算は正確に内部発振器と同期して行なわ れる。累算の長時に、複チャンネル・メモリの内容は、光変調サイクルで正確に 対称の矩形波信号と相関される（ステップｑ＜Ｚ）。累算値に対する矩形波信号 の位相は、相関軸来が最適になるまで変位されている。マイクロホン信号と基準 信号との間の位相位置は、光音管セル４１／内のガス濃度とは殆んど無関係であ るので、相毎にリセットする心安はなく、該位相位置は定数として置くことがで きる。最適化条件が満されると、光質ｍｌこ対するマイクロホン信号伝相および ｒｍｓ値（実効値）が基準としてめられて、データ出力がＩｎされる（ステップ ？５）。そこでプログラムはステップ？６で中断されるかまたは時開シェーマに 従って再開始される。このフローチャートには、ガス交換制御に関しては、何ら 示されていない。自明なように、システムはオフライン・ベースで動作する。す なわち最初に累算が実行され、しかる抜にのみ測定信号が基準信号と札関せしめ られる。しかしながら成る量の時間パターンを富に追跡（しくはホローする必要 がある場合には、この手順は好ましくない。いずれにせよ、ガス交換および場合 により干渉フィルタ交換に起因して、測定が不連続である本発明の場合には、動 作パラメータの固定稜面ぢに測定を開始することを可能にするという点で、上に 述べた「ｔが好ましい。この４災は、菅に幾つかの光ｆ縁糸／／／ないし、／／ ３を、第３７図１こ７ｉ：Ｔように幕−のＴ′剣ｆ、ｔ１ｇθで同岡にまたは逐 次制御しなければならない場合に臀に重要である。逐次制御を行なう場仕には、 検出装置／／／およびｌ／λは、装置／／３および／／’Ｉと同様に並列に接続 される。この並列接続によれば、特定のセル４Ｉ／が同時に供給装置６コによっ て掃気され、光源／ｌは同期動作せしめられる。従って、マイクロホン信号の累 算は、マイクロコンピュータｇｏの別々のインターフェイスを介して同時に行な われなければならない。

組合された系／／／　、　／／λおよび／／３．／／ダならびに個別の系／／３ は本実施例の場合逐次処理される。しかしながら次のようなシーケンスも考えら れ得る。すなわち／７／および／／コのマイクロホン信号の累算の実効中に、装 置／／Ｊ、／／ダの光音替セルゲ／のガスを置換する。同時に、装置／１５の既 に累算された信号を相関し、そしてその結果を直接または閾値に関して表示する のである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）昭和１年１０月　７５Ｂ 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＣＨ８２１０００２６ ２、発明の名称 光学的分光分析に基づくガスの選択的検出のための検出装置３、特許出願人 住　所　スイス国、ｌｌ；０３ｔチユーリツヒ、シュトロイリシュトラーセ評氏 　名　エーラー、オスカル 住　所　スイス国、１９３３デイーテイコン、イン・デア・９７４７１１氏　名 　フリース、アレクシス ４、代理人 ５、補正書の提出年月日 昭和５７年７月２２日 ａ求の範囲 ｌ　光源、モノクロメータ、検出器、信号処理手段を用いてガスを選択的に検出 するための第１の光学的検出装置において、少なくともｌっの光出口開口（／ｊ 。

／！雷）から近接離間して光学系を形成する回転楕円体（ｌりおよびＦＩ楕円体 内に配設された発光体（ｌｌ）を含む光源（ｌのと、光＠、（／のの光学系また は検出器（４！の内に配設されたガス収集セル（ｌダ、１６．Ａ！；、６！ｔり と、光変調器（〃）とをｌｌ！！黴とする第１の光学的検出装置。

２　光学系に設けられた収集手段（ｌコ、／、７．／ゲ菅）および発光体（／／ 　）を含む光源（ｌのと、検出器（ｇの内に配設されたガス収集セル（Ｓｔ　） と、光変調器（コのを特徴きする出装置。

３　回転楕円体形状に構成された偏光器（／ダ）の大きい主軸の少なくともｌっ の交差点（ｉｓ、ｉｓ＋）を拡けて開口を形成したことを特徴とする請求の範囲 第１項記載の検出装置。

＠　開口（／ｊ、／ｊｌ）を横切る延長軸線上で、反射部材（ダ２）を、該反射 部材（ｔＩ２）の少なくともｌっの焦点が楕円反射器（ｌりの焦点（／／、／／ ’）のｌっと一致するように主反射器（ｌりに対し離ｍ４関係で配設したことを 特徴とする請求の範囲第３項記載の検出装置。

徽とする請求の乾Ｓ墓３項またはｊｇ４Ｌ項に記載の検−装置。

６　測定ガスが反射器（ｌり内に設けられて８つてセル型のＮ　Ｃ＆！Ｔｂ＆） により発光体（／／）から分Ｗｉされていることを特徴とする請求の範囲第３項 ないし第５項のいずれかに記載の検出装置。

７　基準光出口（ｔｓ’）を形成する第２の開口を有することを特徴とする請求 の範囲第３項記載の検出装置。

ｔ　ガス収集セル（ＩＩ／）が検出器（４１の内で変調測定光のビーム路に配設 され、セル（ｐｉ　）に、ガス供給装置（り０）が接！、され、そして党音書効 果を受けるマイクロホン（ＩＩｔ）が前記ガス収集セル（４＝／）から放射され る光ビームの近傍に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項才たは第 ３項記載の検出装置。

！　ガス交＊装置の第１の毛細管（７１）が一端で−ｊ定ナセルダｌ）に結合さ れ、モして他端でカス供給装置（６λ）に接続されていることを特徴とする請求 の範囲第を項記載の検出装置。

ｉｏ　第２の毛細管（りｌｌ）が一端で測定セル（１／）に結合され、モして他 端が−ｊ定ガス人口才たは出口となっておって貴書吸収体（ダコ）を備えており 、銅定相中開状態に留まることを特徴とする請求の＆囲第を項記載の検出装置。

ｌｌ　カス測定セル（４ＩＱの入口（７４Ｉ”）に設けられた少なくとも第７の バリヤ数体（７Ｓ）と、該カス＄１１１定セル（ｌｌ）の出口Ｃ＠＠　ＩＩ＋　 ）に配設された少なくとも第一のバリヤ流体（７ｔ＋）を特徴とする請求の範囲 第Ｓ項記載の検出装置。

／ユ　ガス画定セール（４Ｉｌ）の入口および出口（りｌ”、７４１…）に配設 されたバリヤ流体容器（７４，７６’）を偏え、鉄容器の浸漬管（クシ、７参つ がバリヤ流体（７ｓ、りｒｌ）内に浸漬さｎている請求の範囲第１１項記載の検 出装置。

１３　ガス測定セル（ｌ／）の入口および出口（りｌ”、？４１…）に設けらｎ たバリヤ流体毛細管（りｔ、ｑｔ’）を特徴とする請求の範囲第１／項記載の検 出装置。

／＠　管路（７り）を介してバリヤ流体容器（７６、り６１）に作用する追加の バリヤ流体（７Ｓ）のための貯蔵容器（７６”）を５ｉｌｌとする請求の範囲第 １λ項記載の検出装置。

ｉｓ　’ｆａｒ絡７りに配設されてバリヤ流体の流入を禁止する少なくとも１つ の折比部ｖｋ（７７’）を特徴とする請求の範囲第７４’項記載の検出装置。

／！−バリヤ欲体毛ａ管（７ｔ、りｔｌ）の線部に芸所された！＃張容器（ｑｇ 、ｙざｒｌ、７ｔ…、りｆＶ）内に連続した仕方で入って順次毛細管作用を減少 する漏斗形状に拡大さゎた部分を有することを特徴とする請求の範囲第１／項記 載の検出１１ １７　ガス供給鉄製（りのを、政奮わせて設けられたダイアフラム（６６，６６ ’）ｇよび弁圧（６７、ｇ７′）に１設された葺板（ｂＪ、ｂｓ’）を有する７ つまたはλつの小型の拡’ｐ：ｉ＠（ｂＪ、４３りによって刑成することを特徴 とする―累の範囲第Ｉ項記載の検出装置。

ｔｔ　＃Ｉ定足元ビーム路に回転可能な円板（Ｊ／、、７コ）を備えた元変ｖｊ ４器（Ｊ）を設け、該円板（コバ３コ）は帝域遭過フィルタ（、？ＪＩＪＪ’　 、Ｊ、ｔｌ　）および／またはガス充填セル（３りを有する開口を備えているこ とを特徴とする精米の範囲第１１Ａまたは第１項記載の検出装置。

／！　ガス交換中党ｆ舎銅定セル内に発生ざｎる物性的出力変動をマイクＣホン によって収集し、その結果得られる鬼気信号を動作制御および測定装置の制御に 利用することを特徴とする請求の範囲第を項記載の検出器の作動方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　光源、モノクロメータ、検出器、信号処理手段を用いてカスを迷択的に検出 するための第７の光学的検出装置に２いて、光学系を形成する回転楕円体（ｌり と該楕円体内に配設された発光体（／ｌ）とを有する光源（／（７）、該光源（ ｌＯ）の光学系または前記検出器（ダの内に配設されたカス収集セル（／４１． ６＆、Ａ１Ａ３’、ダ／）および元ｆｌＮ器（コのを特徴とする第１の光学的検 出装置。 ２　光学系および発光体（／／）を有する光源（ｌのに設けられた集束手段（／ ２．／ａ、／４Ｉ’）、検出器（ダコ）内に配設さｎたガス収集セル（Ｓ／　） および光変調器（−のを特徴とする請求の範囲第７項の上位概念に記載の第一の 光学的検出ｉ皺。 ３　回転楕円体に形成された集光器（ｌりの大きい主軸の少なくとも１つの交差 点（１！、／！’）を拡げて開口を形成したことを特徴とする請求の範囲第１ｆ Ｊ４記載の検出装置。 嘱　開口（／ｓ、ｉｓ’＞を横切る延灸和紐上で、反射部材（シー）を、該反ｔ Ｉｓ材（ゲコ）の少なくとも１つの焦点が楕円反射器（ｌりの焦点（／／、／／ ’）の１つと一致するように、主反引器（ｌりに対し離間関係で配設したことを 特徴とする請求の範囲第３項記載の検出装置。 ふ　楕円体（ｌり内で大きい主軸上に配設された凹状ミラー（／ｌ）を有し、該 ミラー（ｌｔ）の焦点（／／”）が楕円反射器（／りの焦点（／／、／／’）の １つと一致することを特徴とする請求の範囲第３項または第ダ項に記載の検出装 置。 ム　測定ガスが反射器（／り内に設けられておってセル型の室（ｂｓ、ｂｂ）に より発光体（／／）から分＊されていることを特徴とする請求の範囲第３項ない し第５項のいずれかに記載の検出装置。 ７　基準光出口（７ｇ’）を形成する第一の開口を有することを特徴とする請求 の範囲第３項記載の検出装置。 に　ガス収集セル（ＩＩ／）が検出器（ダの内で変調測定光のビーム路に配設さ れ、セル（ψｌ）に、ガス供給装置（７の゛が接続され、そして光音書効果を受 けるマイクロホン（ｔＩｔ）が前記ガス収集セル（ｔ／）から放射される光ビー ム。 の近傍に配置されていることを特徴とする請求の範囲第コ項才たは第３項記載の 検出装置。 デ　ガス交換装置の第１の毛細管（７／）が一端で測定セル（４Ａ／）に結合さ れ、そして他端でガス供給装置（６コ）に接続されていることを特徴とする請＊ の範−第５項記載の検出装置。 １０　第一の毛細管（りｌりが一端で測定セル（ダｌ）に結合され、そして他端 が測定ガス入口または出口となっておって音（吸収体（ダコ）を備えており、測 定相申開状態に留まることを特徴とする請求の範囲第１項記載の検出装置。 ／％　カス測定セル（ψ／）の入口（７４”）に設けられた少なくとも第７のバ リヤ光体（７５）と、該カス測定セル（ｑ／）の出口（＠ｔＩＩ１１　）に配設 された少なくとも第一のバリヤ流体（７！’）を特徴とする請求の範囲第３項記 載の検出装置。 ｌユ　ガス測定セ←ル（＜＝Ｑの入口および出口（７０”、７１…）に配設され たバリヤ流体容器（７６，７ａ’）を備え、該容器の浸漬管（７Ｇ１．７４１’ ）がバリヤ流体（’ｔｓ、７ｇ’）内に浸漬されている請求の範囲第７ノ項記載 の検出装置。 ７．２　ガス測定セル（り／）の入口および出口（７ｐ″７４（ＩＩ＋）に設け られたバリヤ流体毛細管（ｔｇ、７ｔ’）を特徴とする請求の範囲第１／項記載 の検出装置。 ／４１　管路（り７）を介してバリヤ流体容器（７６，７４つに作用する追加の バリヤ流体（ｔ５）のための貯蔵接話（９６’）を特徴とする請求の範囲第１− 項記載の検出装置。 ｌＳ　管路ククに配設されてバリヤ流体の流入を禁止する少なくとも７つの排出 Ｓ後（７７’）を特徴とする請求の範囲第１ＩＩＩＡ記載の検出装置。 ／Ａ　バリヤ流体毛細管（７ｇ、７ｔ’）の４部に装置された膨張容器（ｙｇ、 ｔｇＩｖ、７ｔ１′１，７ｔｖ　）　内ＧＣ連＆ｔシタ仕方テ入って順次毛細管 作用を減少する漏斗形状に拡大された部分を有することを特徴とする請求の範囲 第７３項記載の検出装置。 １７　ガス供給装置（７のを、組合わせて設けられたダイアフラム（ｂｂ、ｂｂ ’）および弁圧（６？＋４７’）に配設されたヂ板（ｂｓ、ｂｓ’）を有するｌ ″）またはａつの小型の拡声器（６，？　、　６．ｒ’）によってル成よること を特徴とする請求の範囲第１項記載の検出装置。 ／に　測・足元のビーム路に回転可能な円板（コバ３））を備えた光変調器ＣＭ ＞を設け、該円板（コバ３コ）は帯域通過フィルタ（、ｒＪ、ｓ３＋　、ＪＪ” 　）および／またはガス充填セル（３りを有する開口を備えていることを特徴と する請求の範囲第１項または第二項記載の検出装置。 ／デ　ガス交換中元音響測定セル内に発生される特性的圧力変動をマイクロホン によって収集し、その結果書られる電気信号を動作制御および測定装置の制御に 利用することを特徴とする請求の範囲第を項記載の検出器の作動方法。