JPS6039530A - 圧電汚染検出器 - Google Patents
圧電汚染検出器Info
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- JPS6039530A JPS6039530A JP59140436A JP14043684A JPS6039530A JP S6039530 A JPS6039530 A JP S6039530A JP 59140436 A JP59140436 A JP 59140436A JP 14043684 A JP14043684 A JP 14043684A JP S6039530 A JPS6039530 A JP S6039530A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
- G01B7/063—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using piezoelectric resonators
- G01B7/066—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using piezoelectric resonators for measuring thickness of coating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02881—Temperature
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明rよ、圧電振動子の表面に吸着された、ないしは
凝縮したガス状、液状または固体の物質の質量または膜
厚を測定するための圧電汚染検出器に関する。
凝縮したガス状、液状または固体の物質の質量または膜
厚を測定するための圧電汚染検出器に関する。
ロケット、衛星、その他の飛行体のポート°では、使用
される構造材料、その皮膜および潤滑剤のガス放出およ
び蒸発による重要部材の汚染を厳密な材料選択によって
制限し、かつ重要部材の残存する汚染を制御しなければ
ならない。
される構造材料、その皮膜および潤滑剤のガス放出およ
び蒸発による重要部材の汚染を厳密な材料選択によって
制限し、かつ重要部材の残存する汚染を制御しなければ
ならない。
特に危険に・ノ嬶される部材は光学素子、例えば赤外線
光学素子、太陽エネルギー捕集器、または機械部品、例
えば弁、または特定の熱光学的挙動(放射能および反射
能)を得るために用いられる熱的塗料′または熱的皮膜
が設りられた構造である。
光学素子、太陽エネルギー捕集器、または機械部品、例
えば弁、または特定の熱光学的挙動(放射能および反射
能)を得るために用いられる熱的塗料′または熱的皮膜
が設りられた構造である。
低温冷却された光学素子によびセンサの使用増加ととも
に、そして金属材料に代わる有機成分の使用によって問
題性が先鋭化し、こルによって連続的なボード汚染監視
が必要となった。
に、そして金属材料に代わる有機成分の使用によって問
題性が先鋭化し、こルによって連続的なボード汚染監視
が必要となった。
(従来技術)
大抵の場合に使用さt’Lる測定方法の1つは、ガス放
出源が向き合っている結晶表面に吸着ないしは凝縮され
た物質の刊加的なλ黛による圧電振rtb子の振動数の
変化に基づいている。
出源が向き合っている結晶表面に吸着ないしは凝縮され
た物質の刊加的なλ黛による圧電振rtb子の振動数の
変化に基づいている。
従来の形式の検出器では測定水晶訃よび、ij4水晶の
2つの振動水晶が使用される。これらの水晶は晋通は上
下に、しかも測定水晶が基準水晶を覆って基準水晶の汚
染を阻止するように配置さfl−る。
2つの振動水晶が使用される。これらの水晶は晋通は上
下に、しかも測定水晶が基準水晶を覆って基準水晶の汚
染を阻止するように配置さfl−る。
種々の物質の吸着ないしは凝縮を選択的((di11定
するためには測定結晶の温度f(ましい範囲内で沿11
岬可能に変更できなけれはならない。測定技術上の理由
から基準水晶は同じ温e老受けなけiLばならない。そ
れというのも振動数は質量によるのみならず、離数温度
センナを用いて大抵は2つの結晶の間で測定される結晶
温度によっても左右されるからである。温度制御は組込
まれた熱電気的モジュールによって、外部から送られ、
冷却もしくは加熱されるガスまたは液体を用いての熱交
換によって、または他の適切な方法によって行なうこと
ができる。
するためには測定結晶の温度f(ましい範囲内で沿11
岬可能に変更できなけれはならない。測定技術上の理由
から基準水晶は同じ温e老受けなけiLばならない。そ
れというのも振動数は質量によるのみならず、離数温度
センナを用いて大抵は2つの結晶の間で測定される結晶
温度によっても左右されるからである。温度制御は組込
まれた熱電気的モジュールによって、外部から送られ、
冷却もしくは加熱されるガスまたは液体を用いての熱交
換によって、または他の適切な方法によって行なうこと
ができる。
コンパクトな構成にもかかわらず2つの水晶の間に著し
い温度の相違が生じ、この温度差が制御率oJの、した
がって補正不可の測定誤差をもたらすことが種々の著者
によって記載されている。更に2つの水晶の間に取付け
られた離散温度センサによって測定結晶の真の温度では
なく、およそ水晶ホルダーの温度が測定されることが確
認された。
い温度の相違が生じ、この温度差が制御率oJの、した
がって補正不可の測定誤差をもたらすことが種々の著者
によって記載されている。更に2つの水晶の間に取付け
られた離散温度センサによって測定結晶の真の温度では
なく、およそ水晶ホルダーの温度が測定されることが確
認された。
更にこのような検出器の配置では基準水晶の汚染を完全
には排除し得ない。
には排除し得ない。
この種の検出器の概念では基準振動水晶は第一に温度基
準として用いられる、それというのも理想的な検出器は
温度係数のない測定振動水晶を備えなければならないか
らである。予定される検出器Vこ好適な、かかる石英結
晶は存在しないので、第2の理想的には同一の振動水晶
が温度基準として利用される。しかし結晶カット角度の
不可避な裏作誤差が実地では2つの振動水晶の間に異な
る温度係数をもたらし、これが測定値の誤差を招く。
準として用いられる、それというのも理想的な検出器は
温度係数のない測定振動水晶を備えなければならないか
らである。予定される検出器Vこ好適な、かかる石英結
晶は存在しないので、第2の理想的には同一の振動水晶
が温度基準として利用される。しかし結晶カット角度の
不可避な裏作誤差が実地では2つの振動水晶の間に異な
る温度係数をもたらし、これが測定値の誤差を招く。
クラス(D、AJallace )によッテガス放出検
出器が提案された(“ジャーナル・オプ・スペースク・
う7 ) (Journal of 8pacecra
ft ) ’″、第17巻、第2号(1980年)、1
53頁。〕。該検出器では二重−石英結晶(“doub
let crystal ” )の使用によって測定−
および基準結晶の間の温度差を縮めることができる。し
かしこの構成では、異なる測定振動と基準振動との間で
起シ得る結合によって惹き起される共鳴ゾーン間の誘導
妨害が欠点である。この結合は振動数不安定と干渉現象
をもたらす。
出器が提案された(“ジャーナル・オプ・スペースク・
う7 ) (Journal of 8pacecra
ft ) ’″、第17巻、第2号(1980年)、1
53頁。〕。該検出器では二重−石英結晶(“doub
let crystal ” )の使用によって測定−
および基準結晶の間の温度差を縮めることができる。し
かしこの構成では、異なる測定振動と基準振動との間で
起シ得る結合によって惹き起される共鳴ゾーン間の誘導
妨害が欠点である。この結合は振動数不安定と干渉現象
をもたらす。
吸着され、かつ凝縮された物質を再蒸発させるためには
、一般には測定結晶を加熱する。前記の概念の検出器で
はそのために付加的な離数加熱索子または一定の構成の
前記の*a温度センサが使用されている。伝熱が主とし
て放射交換によって間接的に行なわれるので、熱効率が
小さく、そのために電気出力の要求が重要になる。
、一般には測定結晶を加熱する。前記の概念の検出器で
はそのために付加的な離数加熱索子または一定の構成の
前記の*a温度センサが使用されている。伝熱が主とし
て放射交換によって間接的に行なわれるので、熱効率が
小さく、そのために電気出力の要求が重要になる。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明の課題は、圧電汚染検出器における不精確な温度
検出および温度制御という前記の欠点を回避し得る検出
器を見い出すことである。
検出および温度制御という前記の欠点を回避し得る検出
器を見い出すことである。
c問題点を解決するための手段)
前記のa題會解決するための本発明の手段は、少なくと
も圧電測定振動子に少なくとも1つの統合された薄膜温
度センサが設けられていることである。
も圧電測定振動子に少なくとも1つの統合された薄膜温
度センサが設けられていることである。
(実施態様)
本発明の実施態様によれば、統合された温度センナが結
晶を直接加熱するためにも使用できるように構成される
。これによって熱効率が改善され、かつ消費される加熱
電力が減少せしめられる。更に本発明による実施態様で
ある、抵抗を増加する幾何形状、例えばメアンダ形に似
た薄膜構造が有利である。更に本発明に↓る実施態様に
よれば少なくとも1つの電極が温度センサおよび/また
は加熱素子として構成されている。
晶を直接加熱するためにも使用できるように構成される
。これによって熱効率が改善され、かつ消費される加熱
電力が減少せしめられる。更に本発明による実施態様で
ある、抵抗を増加する幾何形状、例えばメアンダ形に似
た薄膜構造が有利である。更に本発明に↓る実施態様に
よれば少なくとも1つの電極が温度センサおよび/また
は加熱素子として構成されている。
測定振動子および基準振動子としてはすべての好適な材
料およびカットを使用することができるが、経済的な製
造方法および使用拡大からもATカットまたはBTカッ
トの水晶共振子が優れている。
料およびカットを使用することができるが、経済的な製
造方法および使用拡大からもATカットまたはBTカッ
トの水晶共振子が優れている。
本発明の実施態様によれば統合された薄膜ぬ度センサと
しては抵抗センナ、熱電対、半導体センナを利用するこ
とができるが、金属性薄膜を使用するのが優れている。
しては抵抗センナ、熱電対、半導体センナを利用するこ
とができるが、金属性薄膜を使用するのが優れている。
これらの薄膜は電極と同様に、物理的、化学的および電
気化学的なガス、液体または固体反応によって設けるこ
とができ、有利な方法は特にカソードスパッタリング、
蒸着または1!気気化学的蓋である。
気化学的なガス、液体または固体反応によって設けるこ
とができ、有利な方法は特にカソードスパッタリング、
蒸着または1!気気化学的蓋である。
本発明による圧電汚染検出器は唯一の圧電振動子として
測定振動子を備えた1結晶検出器として、測定振動子と
基準振動子を備えた2結晶検出器とし℃並びに特別な目
的に合わせた多結晶検出器として製作することができる
。更に種々の構成が可能である。
測定振動子を備えた1結晶検出器として、測定振動子と
基準振動子を備えた2結晶検出器とし℃並びに特別な目
的に合わせた多結晶検出器として製作することができる
。更に種々の構成が可能である。
(実施例]
第1図には測定水晶1および基準水晶2が示されておシ
、これらは冷却/加熱室4のベースプレート3に取り付
けられている。冷却/加熱室4は検出器ケーシング5に
よって包囲されている。基準水晶2は汚染防止板として
働く分離a6によって測定水晶1から、かつ熱を通す光
学窓7によって汚染僚から分離されている。汚染防止板
が基準水晶を汚染から保循するのに十分であれば、光学
窓7を検出器ケーシングの開口にも設けてよい。
、これらは冷却/加熱室4のベースプレート3に取り付
けられている。冷却/加熱室4は検出器ケーシング5に
よって包囲されている。基準水晶2は汚染防止板として
働く分離a6によって測定水晶1から、かつ熱を通す光
学窓7によって汚染僚から分離されている。汚染防止板
が基準水晶を汚染から保循するのに十分であれば、光学
窓7を検出器ケーシングの開口にも設けてよい。
測定水晶と基準水晶の視角は冷却/加熱室4内および検
出器ケーシング5内の絞シ孔8,9によって決めら7L
る。冷却/加熱室4は熱電気素子1゜によって作業温度
にもたらされる。取付はフランジ11が冷却時の熱排除
導体として4・4成されている。水晶発振器−エレクト
ロニクス12が取付けフランジ110ドの熱的に分離可
能なケーシング13内で2つの振動水晶の近くに組込ま
れている。
出器ケーシング5内の絞シ孔8,9によって決めら7L
る。冷却/加熱室4は熱電気素子1゜によって作業温度
にもたらされる。取付はフランジ11が冷却時の熱排除
導体として4・4成されている。水晶発振器−エレクト
ロニクス12が取付けフランジ110ドの熱的に分離可
能なケーシング13内で2つの振動水晶の近くに組込ま
れている。
電気信号が通過プラグ14 を介して測定系に送られる
。
。
第2図には振動水晶の1実施例が示されている。
この構成では電極15に加えて統合されたメアンダ形状
の温度センサ16が設けられている。
の温度センサ16が設けられている。
第3図には冷却/加熱室4内部の振動水晶の構成が示さ
れている。2つの水晶はそれぞれ電気的に絶縁された引
込み線17 を介してベースプレート3に取付けられて
おル、水晶自体は弾性的な懸吊部材18i介して引込み
線17に固定されている。
れている。2つの水晶はそれぞれ電気的に絶縁された引
込み線17 を介してベースプレート3に取付けられて
おル、水晶自体は弾性的な懸吊部材18i介して引込み
線17に固定されている。
冷却/加熱室4と検出器ケーシング5との間のあシ倚る
温度差によって惹き起される熱損失を小さく保つために
は、適切な面19に当該温度範囲内で小さな熱光学的放
射および高い反射を持つ熱的塗料または燕的被Iを設り
るようにする。同様の手段は、直接的な熱源、例えば太
陽に(暴される面にも適用される。
温度差によって惹き起される熱損失を小さく保つために
は、適切な面19に当該温度範囲内で小さな熱光学的放
射および高い反射を持つ熱的塗料または燕的被Iを設り
るようにする。同様の手段は、直接的な熱源、例えば太
陽に(暴される面にも適用される。
低い出力需要を達成するためには冷却/加熱室4と2つ
の振動水晶1および2との間の伝熱をできる限9高くす
べきなので、冷却/加熱室4の内面20 を熱的塗料ま
たは熱的被覆t−施して、内面20の放射能と吸収能と
ができる限り黒体の値に近いようにしである。
の振動水晶1および2との間の伝熱をできる限9高くす
べきなので、冷却/加熱室4の内面20 を熱的塗料ま
たは熱的被覆t−施して、内面20の放射能と吸収能と
ができる限り黒体の値に近いようにしである。
本発明による検出器および個々の部品は、宇宙で使用さ
れる他にも通常用途の検出器、例えば被覆技術のための
成長度モニタ、環境保護のためのアエロゾル−粒子分析
器および早期地震善報のための地涛検知器の改善に使用
することができる。
れる他にも通常用途の検出器、例えば被覆技術のための
成長度モニタ、環境保護のためのアエロゾル−粒子分析
器および早期地震善報のための地涛検知器の改善に使用
することができる。
C発明の効果)
冒頭に記載の圧電汚染検出器を本発明のように構成した
ことによって、結晶温度を精確に検知し、それによつ゛
C振動数に対する温度の影響を電子的または数量的に補
正することが可能になった。したがって原則的には基準
振動子を省略する可能性も生じる。しかし基準振動子の
省略は絶対振動数測定を必要とし、この要求は大抵は実
験室条件下での+満たされるにすぎない。その後の信号
処理の簡単さの点で基準振動子を省略できない場合には
、本発明による温度検出によって測定振動子と基準振動
子との間のカット角度の相違および温度差の作用を補正
する可能性が与えられる。
ことによって、結晶温度を精確に検知し、それによつ゛
C振動数に対する温度の影響を電子的または数量的に補
正することが可能になった。したがって原則的には基準
振動子を省略する可能性も生じる。しかし基準振動子の
省略は絶対振動数測定を必要とし、この要求は大抵は実
験室条件下での+満たされるにすぎない。その後の信号
処理の簡単さの点で基準振動子を省略できない場合には
、本発明による温度検出によって測定振動子と基準振動
子との間のカット角度の相違および温度差の作用を補正
する可能性が与えられる。
第1図は本発明による圧電汚染検出器の1実施例の断面
図、第2図は振動水晶センサの1実施例の平面図、第3
図は振動水晶の構成を示した図である。 1・、・測定水晶 、2・・・基準水晶 、3・・、ベ
ースプレート、 4・・・冷却/加熱室、5・・・ 検
出器ケーシング、 6・・・ 分離壁 、7・・・光学
窓 、8,9・・・絞シ孔 、10・・・熱電気素子
、11・・・取付けフランジ、12・・・水晶発振器エ
レクトロニクス 、13・・・ケーシング 、14・・
・通過プラグ 、15・・・電 極 、16・・・温度
センサ 、17・・・引込み線 、18・・・懸吊部材
、19・・・面 20・・・面 。 ほか1名 第1図
図、第2図は振動水晶センサの1実施例の平面図、第3
図は振動水晶の構成を示した図である。 1・、・測定水晶 、2・・・基準水晶 、3・・、ベ
ースプレート、 4・・・冷却/加熱室、5・・・ 検
出器ケーシング、 6・・・ 分離壁 、7・・・光学
窓 、8,9・・・絞シ孔 、10・・・熱電気素子
、11・・・取付けフランジ、12・・・水晶発振器エ
レクトロニクス 、13・・・ケーシング 、14・・
・通過プラグ 、15・・・電 極 、16・・・温度
センサ 、17・・・引込み線 、18・・・懸吊部材
、19・・・面 20・・・面 。 ほか1名 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 rll 少なくとも圧電測定振動子に少なくとも1つの
統合された薄膜温度センサが設けられていることを特徴
とする、圧電汚染検出器。 121 少なくとも1つの統合された薄膜温度センサが
抵抗素子から成っている、特許請求の範囲第1項記載の
圧電汚染検出器。 (3) 少なくとも1つの統合された薄膜温度センサが
半導体材料から成る。特許請求の範囲第1項記載の圧電
汚染検出器。 +41 少なくとも1つの統合された薄膜温度センナが
熱電対である。特許請求の範囲第1項記載の圧電汚染検
出器。 (5)少なくとも1つの電極が同様に薄膜抵抗温度セン
サとして構成されてhる、特許請求の範囲第1項記載の
圧電汚染検出器。 (61ff1l定振動子を加熱するためにはnllll
励振動子別個に抵抗ヒータが組込まれている、特許請求
の範囲第1項から第5項までのい)2れか1つの項に記
載の圧電汚染検出器。 V)測定振動子全加熱するために該ff1Q定振動子の
表面に薄膜温度センナとは別個の統合された抵抗ヒータ
が取付けられている、特許請求の範囲第1項から第5項
までのいずれか1つの項に記載の圧電汚染検出器。 (8)薄膜温度センサが同様に測定振動子を加熱するた
めの加熱素子として構成さ1tている、特許請求の範囲
第1項から第5項までのいrれか1つの項に記載の圧電
汚染検出器。 +91 測定振動子の成極が同様に薄膜温度センサとし
て並びに測定振動子を加熱するための加熱素子として構
成されている、特許請求の範囲第1項記載の圧は汚染検
出器。 (10) 統合された薄膜温度センサおよび加熱素子が
抵抗増加性の幾何形状、特にメアンダ形状またはメアン
ダ形に類似した構造から成っている、特許請求の範囲第
2項、第5項から第9項までのいずれか1つの項に記載
の圧電汚染検出器。 (11)測定振動子1に加えて、この測定振動子1とは
汚染防止板6によって分離されていて、しかも光学窓7
によって汚染からは保護されているが、熱放射からは保
護されていない基準振動子2が冷却/加熱室4の中に組
込まれている、特許請求の範囲第1項から第10項まで
のいずれか1つの項に記載の圧電汚染検出器。 (12)基準振動子2に統合された薄膜温度センナが少
なくとも1つ設けられているかまたは1つも設けられて
いない、特許請求の範囲第11項記載の圧電汚染検出器
。 (13)光学窓7が冷却/加熱室4に取付けられている
。特許請求の範囲第12項記載の圧電汚染検出器。 (14)光学、δ7が検出器ケーシング5に取付けられ
ている、特許請求の範囲m12項記載の圧電汚染検出器
。 (15)冷却/加熱室4の冷却/加熱が熱電気素子によ
って行なわれるようになっている、特許請求の範囲一1
11項または第12J4記載の圧電汚染検出器。 (16)冷却/加熱室4の外壁から検出器ケーシング5
への熱放出を減少せしめるためには冷却/加熱室4の外
面19と検出器ケーシング5の内面19に少なくとも部
分的に、僅かな熱光学的放射および高い反射を持つ熱的
塗料または熱的被覆が設けられている、特許請求の範囲
第1項または甫12項記載の圧電汚染穐1軸1・5・ミ
出(,1シ。 (17]冷却/加熱室4と2つの圧電振動子である測定
振動子1と基準振動子2との間の伝熱性を有利にするた
めには冷却/加熱室4の内面20に少なくとも部分的に
、熱的塗料または熱的被覆が設けられ′Cおり、内面2
0の熱光学的放射能と吸収能とができる限シ黒体の値に
近くなっている、特許請求の範囲第12項記載の圧電汚
染検出器。 (18)電極15と統合された薄Bg、温度センサと加
熱素子とが物理的、化学的および電気化学的なガス、液
体または固体反応によって、11♀にカソードスパッタ
リング、蒸着または電気化学的方法によって設けられて
いる、特許請求の範囲第1項から第17項までのいずれ
か1つの項に記載の圧電汚染検出器。 (19)%に宇宙技術において真空中での物質のガス放
出による沈着物を測定するために使用される、特許請求
の範囲第1項から第18項までのいずれか1つの項に記
載の圧電汚染検出器。
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