KR20180003429A - 가스 농도 측정 장치 - Google Patents

가스 농도 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180003429A
KR20180003429A KR1020170070641A KR20170070641A KR20180003429A KR 20180003429 A KR20180003429 A KR 20180003429A KR 1020170070641 A KR1020170070641 A KR 1020170070641A KR 20170070641 A KR20170070641 A KR 20170070641A KR 20180003429 A KR20180003429 A KR 20180003429A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
face
gas cell
light
cell
Prior art date
Application number
KR1020170070641A
Other languages
English (en)
Inventor
기미히코 아리모토
잇세이 요코야마
도모코 세코
유타로 쯔치사카
다이스케 기타키
야스오 후루카와
Original Assignee
가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2016130750A external-priority patent/JP2018004400A/ja
Priority claimed from JP2016130749A external-priority patent/JP2018004399A/ja
Application filed by 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼 filed Critical 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼
Publication of KR20180003429A publication Critical patent/KR20180003429A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0332—Cuvette constructions with temperature control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/5907—Densitometers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/021—Gases
    • G01N2291/0212—Binary gases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

광섬유에는 온도 변화가 생기기 어렵게 할 수 있음과 함께, 간단한 구성이면서 불필요한 에너지 소비를 수반하는 일 없이, 측정광의 광로에는 주위 환경의 공기에 의한 측정 정밀도에의 영향이 나타나기 어렵게 할 수 있는 가스 농도 측정 장치를 제공하기 위해서, 상기 가스 셀(1)의 상기 입사면(14)과, 상기 광 사출 유닛(2)의 상기 사출구(24)의 주위에 형성된 제1 단면(25)의 사이에 있어서, 상기 사출구(24)의 주위를 둘러싸도록 마련된 제1 시일재(5)와, 상기 가스 셀(1)의 상기 사출면(15)과, 상기 수광 유닛(3)의 상기 입사구(34)의 주위에 형성된 제2 단면(35)의 사이에 있어서, 상기 입사구(34)의 주위를 둘러싸도록 마련된 제2 시일재(6)를 구비했다.

Description

가스 농도 측정 장치{GAS CONCENTRATION MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은, 가스 셀 내에 가스를 도입함과 함께 상기 가스의 흡광율에 기초하여 가스의 농도를 측정하는 가스 농도 측정 장치에 관한 것이다.
예를 들면 반도체 제조 프로세스에 있어서는 여러 가지의 액체 재료를 가열하여 기화시켜서 재료 가스로 하고, 기판상에 성막을 하는 진공 챔버 내에 도입된다. 제조되는 반도체의 품질을 유지하기 위해서는, 도입되는 재료 가스의 농도를 일정하게 유지할 필요가 있다.
이러한 농도 제어를 행하기 위해서, NIR법(근적외선 분광법)에 기초하여 재료 가스의 농도를 측정하는 가스 농도 측정 장치가 프로세스 내에 조립되고 있다.
이 가스 농도 측정 장치에는, 재료 가스가 도입되는 가스 셀과 일단에 할로겐 광원으로부터 사출된 측정광이 도입되고, 타단으로부터 측정광이 사출되는 제1 광섬유와, 제1 광섬유로부터 사출된 측정광을 콜리메이트(collimate)화 하고, 상기 가스 셀 내로 사출하는 제1 렌즈와, 상기 가스 셀 내를 통과한 측정광을 집광하는 제2 렌즈와, 제2 렌즈로 집광된 측정광이 일단으로부터 도입되고, 타단으로부터 광검출기에 대해서 측정광이 사출되는 제2 광섬유를 구비한 것이 있다(특허문헌 1 참조). 상기 검출기로 측정되는 소정 파장의 광의 흡광도와, 미리 작성된 가스종마다의 흡광도와 농도의 관계를 나타내는 검량선에 의해, 가스 농도가 산출된다.
그런데, 재료 가스가 가스 셀 내에서 냉각되어서 재액화(再液化)되고, 농도 측정에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서는, 가스 셀 자체를 가열할 필요가 있다. 그러면, 가스 셀의 근방에 마련된 각 광섬유는 그 열에 의한 온도 변화에 의해 도광 특성이 변화되어 버리고, 측정되는 흡광도에 영향이 나타나서, 농도의 측정 정밀도가 저하되어 버리는 일이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 각 광섬유 및 각 렌즈를 각각 유지하는 유지기(保持器)와, 가스 셀의 사이에 간극을 마련하여 분리하고, 가스 셀을 가열하기 위한 열이 각 유지기를 통하여 각 광섬유로 전도되기 어렵게 하는 것을 생각할 수 있다.
그렇지만, 각 유지기와 가스 셀의 사이에 간극이 있으면 주위 환경의 공기가 그 간극에 유입되어, 측정광의 광로 상에 침입하고, 측정광의 흡광도가 재료 가스 이외의 가스의 영향을 받게 될 우려가 있다. 또한, 가스 셀이 히터 기구에 의해 가열되어서 샘플 가스의 재액화를 방지하도록 하고 있는 경우, 히터 기구에 의해 데워진 주위 공기에 비해서 렌즈의 온도가 낮기 때문에, 렌즈에서 결로를 발생시키게 되어버리고, 광학계의 특성을 변화시키는 경우도 있다. 그렇다고 해서, 가스 농도 측정 장치 전체를 케이스로 덮고, 주위 환경의 공기의 온도를 일정하게 제어하고자 하면, 가스 셀은 가열되고, 각 유지기는 냉각된다고 하는 반대 방향의 제어를 동시에 행하게 되고, 계 전체에서 에너지를 쓸데없이 사용하게 된다.
일본 공개특허공보 평06-94609호
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 한꺼번에 해결하는 것을 의도하여 이루어진 것으로, 광섬유에는 온도 변화가 생기기 어렵게 할 수 있음과 함께, 간단한 구성이면서 불필요한 에너지 소비를 수반하는 일 없이, 측정광의 광로에는 주위 환경의 공기에 의한 측정 정밀도에의 영향이 나타나기 어렵게 할 수 있는 가스 농도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제에 비추어서 이루어진 것으로, 가스 셀 내에 있어서 샘플 가스의 온도를 높게 유지하는 것으로 재액화를 방지할 수 있음과 함께, 측정광의 사출 또는 수광을 위한 광섬유에 열이 전도되기 어렵고, 그 도광 특성이 변화되기 어려운 가스 농도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치는, 측정광이 내부로 입사되는 입사면과, 측정광이 외부로 사출되는 사출면을 구비하고, 내부로 샘플 가스가 도입되도록 구성된 가스 셀과, 상기 가스 셀을 가열하는 히터 기구와, 내부에 마련된 제1 광섬유의 단면으로부터 사출되는 측정광을 사출구를 통하여 상기 가스 셀로 사출하는 광 사출 유닛과, 입사구로 입사되는 상기 가스 셀을 통과한 측정광을 내부에 마련된 제2 광섬유의 단면으로 입사시키는 수광 유닛과, 상기 가스 셀의 상기 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 사출구의 주위에 형성된 제1 단면의 사이에 있어서, 상기 사출구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제1 시일재와, 상기 가스 셀의 상기 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 입사구의 주위에 형성된 제2 단면의 사이에 있어서, 상기 입사구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제2 시일재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 것이라면, 상기 가스 셀에 대해서 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛이 분리되어 있고 일체는 아니기 때문에, 샘플 가스의 재액화를 막기 위해서 상기 히터 기구에 의해 상기 가스 셀이 가열되어도 그 열이 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유로 전도되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에는 온도 변화가 생기기 어렵고, 그 도광 특성이 거의 일정하게 유지된다.
또한, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재에 의해서, 상기 사출구 및 상기 입사구에는 주위 환경의 공기나 그 외의 기체가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 측정광의 광로 내에 샘플 가스 이외의 가스가 유통하는 것에 의한 측정되는 흡광도에 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 히터 기구에 의해 데워진 주위 환경의 공기 등이 유입되지 않기 때문에 상기 광 사출 유닛이나 상기 수광 유닛을 구성하는 저온의 부재에 있어서 주위 환경의 공기 등이 응축되고, 결로가 발생하여, 광학계에 변화가 생겨 버리는 것을 방지할 수 있다.
이들의 것으로부터, 간단한 구성이면서 불필요한 에너지 소비를 수반하는 일 없이, 가스 농도 측정의 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능해진다.
상기 제1 시일 부재 및 상기 제2 시일 부재를 개재하는 상기 가스 셀로부터 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛으로의 열전도를 저감하고, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유의 온도 변화를 더 방지할 수 있고, 가스 농도의 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 제1 시일재, 및, 제2 시일재가 O링이면 좋다. 예를 들면 O링은 수지제의 것이라도 좋고, 금속제의 것이라도 좋다.
상기 가스 셀에 대해서 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛이 직접 접촉하지 않게 하여, 상기 가스 셀로부터의 열의 전도 경로를 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재를 개재하는 것에 거의 한정되도록 하여 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 온도 변화가 생기지 않도록 하기 위해서는, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재가 마련된 상태에 있어서, 상기 가스 셀의 상기 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 제1 단면의 사이에 제1 간극이 형성되어 있고, 상기 가스 셀의 상기 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 제2 단면의 사이에 제2 간극이 형성되어 있으면 좋다.
상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재가 눌리도록 하여, 상기 사출구 및 상기 입사구로의 주위 환경의 공기 등의 유입을 확실히 방지할 수 있도록 하면서, 상기 가스 셀로부터 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛으로의 열의 전도를 방지할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 제1 간극 및 상기 제2 간극이 거의 동일한 크기이며, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재의 변형 전의 두께 치수가 상기 제1 간극 및 상기 제2 간극보다 크게 설정되어 있으면 좋다.
예를 들면 샘플 가스가 H2O2와 같이 금속에 대해서 반응성이 높은 가스라도 그 반응을 억제하고, 농도 측정에 영향이 발생하지 않게 함과 함께 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유에의 열의 전도를 보다 방지하기 쉽게 하기 위해서는, 상기 가스 셀이 석영 유리로 형성되어 있고, 상기 광 사출 유닛이, 측정광이 단면으로부터 사출되는 제1 광섬유와, 상기 제1 광섬유의 단면으로부터 사출된 측정광을 콜리메이트화하는 제1 렌즈와, 상기 제1 광섬유와 상기 제1 렌즈를 내부에 유지하는 수지제의 제1 유지기를 구비하고, 상기 사출구 및 상기 제1 단면이 상기 제1 유지기에 형성되어 있고, 상기 수광 유닛이, 측정광이 단면으로부터 도입되는 제2 광섬유와, 상기 제2 광섬유의 단면에 측정광을 집광하는 제2 렌즈와, 상기 제2 광섬유와 상기 제2 렌즈를 내부에 유지하는 수지제의 제2 유지기를 구비하고, 상기 입사구 및 상기 제2 단면이 상기 제2 유지기에 형성되어 있으면 좋다.
상기 히터 기구가 상기 가스 셀만을 가열하여 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛에 열이 직접 전도되지 않도록 하기 위해서는, 상기 히터 기구가, 상기 가스 셀 주위에 감겨있음과 함께, 상기 제1 단면 및 상기 제2 단면은 이간되도록 마련된 재킷 히터이면 좋다.
상기 가스 셀을 중심으로 하여 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛이 대칭으로 배치되고, 광학계에 차가 생기지 않도록 자연스럽게 설계값대로의 위치에 배치되도록 하기 위해서는, 상기 광 사출 유닛의 제1 단면과, 상기 수광 유닛의 제2 단면을 소정 거리 이간시킨 상태에서 고정하는 고정 기구와, 상기 가스 셀을 측정광의 광축 방향에 대해서 슬라이딩 가능하게 가유지(假保持)하는 가유지 기구를 더 구비하고, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재의 반발력에 의해서 상기 가스 셀이 상기 광 사출 유닛과 상기 수광 유닛의 사이에 가압 협지되도록 구성되어 있으면 좋다.
본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치가 적합하게 이용되는 구체적인 구성으로서는, 상기 가스 셀에 도입되는 샘플 가스가 H2O2를 포함하는 것이며, 상기 측정광이 근적외 영역의 광을 포함하고, 상기 수광 유닛에서 수광되는 측정광의 흡광도에 기초하여 상기 가스 셀 내에 도입되는 H2O2의 농도를 산출하는 농도 산출기를 더 구비한 것을 들 수 있다.
즉, 본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치는, 내부로 샘플 가스가 도입되는 셀 본체와, 상기 셀 본체 내에 측정광이 입사되는 입사부와, 상기 셀 본체를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출부를 구비하는 가스 셀과, 상기 가스 셀, 또는, 상기 가스 셀에 도입되는 샘플 가스를 가열하는 히터 기구와, 단면으로부터 측정광을 사출하고, 상기 입사부로 입사시키도록 마련된 제1 광섬유와, 상기 사출부를 통과한 측정광이 단면으로 입사하도록 마련된 제2 광섬유를 구비하고, 상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 내부가 진공으로 유지되어 있거나, 또는, 내부에 가스가 존재하는 이중창 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이라면, 상기 입사부, 및, 상기 사출부가 이중창 구조를 가지므로, 상기 히터 기구에 의해 샘플 가스가 재액화되지 않도록 가열이 행해져도, 상기 이중창 구조의 단열 효과에 의해 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에는 그 열이 전도되기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에는 온도 변화가 생기기 어렵고, 그 도광 특성이 거의 일정하게 유지된다.
또한, 상기 입사부, 및, 상기 사출부의 이중창 구조만으로 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에의 열에 의한 영향이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 상기 셀 본체에 내측벽과 외측벽을 마련한 이중 구조를 형성하여 상기 셀 본체로부터 열이 외부로 전도되지 않게 하지 않고, 상기 히터 기구를 직접 마련할 수도 있다. 따라서, 상기 가스 셀 내를 유통하는 샘플 가스에 대해서는 효율적으로 가열하여 재액화를 확실히 방지할 수 있다.
이들의 것으로부터, 간단한 구성이면서 불필요한 에너지 소비를 수반하는 일 없이, 가스 농도 측정의 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능해진다.
상기 가스 셀 내에 있어서의 측정광의 광로가, 상기 이중창 구조를 가지지 않는 종래의 가스 셀과 거의 동일한 것으로 하기 쉽게 하고, 가스 농도 측정의 정밀도를 높일 수 있도록 하기 위해서는, 상기 이중창 구조가, 상기 셀 본체에 장착된 내창판과, 상기 내창판과 평행이 되도록 상기 내창판으로부터 소정 거리 이간시켜서 마련된 외창판과, 상기 내창판, 및, 상기 외창판의 사이를 접속하고, 폐쇄 공간을 형성하는 폐쇄벽을 구비하고, 상기 폐쇄 공간 내가 진공으로 유지되어 있거나, 또는, 상기 폐쇄 공간 내에 가스가 존재하고 있으면 좋다.
상기 가스 셀이, 상기 입사부 및 상기 사출부에 이중창 구조가 형성되는 것으로 전체의 형상에 오차가 발생하는 것이라도, 조립성을 좋게 하여 상기 제1 광섬유로부터 상기 제2 광섬유에 달하는 광로를 형성하기 쉽게 하고, 가스 셀 자체에 고정에 의한 큰 부하가 걸리지 않게 하여 제품 수명을 연장시킬 수 있도록 하기 위해서는, 상기 셀 본체가, 장척 형상의 것이며, 상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 상기 셀 본체의 각 단부에 각각 접합되어 있고, 상기 셀 본체의 중앙부를 1점 지지하는 지지 기구를 더 구비한 것이라면 좋다.
상기 샘플 가스를 상기 셀 본체 내에 있어서 균일하게 가열할 수 있도록 상기 히터 기구를 상기 셀 본체 내에 균일하게 장착하기 위해서는, 상기 셀 본체가, 장척 형상의 것이며, 상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 상기 셀 본체의 각 단부에 각각 접합되어 있고, 상기 입사부, 및, 상기 사출부에서 상기 가스 셀을 양단 지지하는 지지 기구를 더 구비한 것이라면 좋다. 이러한 것이라면, 상기 가스 셀을 안정적으로 지지할 수 있음과 함께 상기 셀 본체에는 상기 히터 기구를 마련하여, 셀 내의 온도를 보다 균일하게 안정적으로 가열하는 것을 방해하는 부재가 배치되지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 셀 본체에 대해서 균일하게 마련하기 쉽고, 내부를 유통하는 샘플 가스에 온도 편차가 발생하기 어렵게 하기 위해서는, 상기 히터 기구가, 상기 셀 본체에 감겨진 재킷 히터이면 좋다.
상기 이중창 구조를 형성해도 가스 셀로서의 기계적 강도나 치수 공차(公差), 측정광에 대한 광통과 특성을, 종래와 동등한 것으로 달성하기 쉽게 하기 위해서는, 상기 가스 셀이, 복수의 석영 유리재로 형성되어 있고, 상기 입사부, 및, 상기 사출부가 상기 셀 본체에 대해서 옵티컬 컨택트로 접합되어 있으면 좋다. 또한, 이러한 것이라면, 샘플 가스가 금속에 대한 반응성이 높은 것이라도 샘플 가스에는 변화를 생기지 않도록 할 수 있다.
상기 제1 광섬유, 및, 상기 제2 광섬유 또는 그 근방의 광학 부재에 있어서, 예를 들면 상기 히터 기구에 의해 데워진 주위 환경의 공기가 냉각되어서 결로되는 것으로써 광학 특성이 변화되어 버린다고 하는 문제가 생기기 어렵게 하기 위해서는, 내부에 마련된 상기 제1 광섬유의 단면으로부터 사출되는 측정광을 사출구를 통하여 상기 가스 셀로 사출하는 광 사출 유닛과, 입사구로 입사되는 상기 가스 셀을 통과한 측정광을 내부에 마련된 상기 제2 광섬유의 단면으로 입사시키는 수광 유닛과, 상기 입사부에 있어서 외측으로부터 측정광이 최초에 입사되는 면인 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 사출구의 주위에 형성된 제1 단면의 사이에 있어서, 상기 사출구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제1 시일재와, 상기 사출부에 있어서 측정광이 최후에 사출되는 면인 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 입사구의 주위에 형성된 제2 단면의 사이에 있어서, 상기 입사구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제2 시일재를 더 구비한 것이라면 좋다.
상기 히터 기구가 상기 가스 셀만을 가열하여 상기 광 사출 유닛 및 상기 수광 유닛에 열이 직접 전도되지 않도록 하기 위해서는, 상기 히터 기구가, 상기 가스 셀 주위에 감겨있음과 함께, 상기 제1 단면 및 상기 제2 단면은 이간되도록 마련된 재킷 히터이면 좋다.
본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치가 적합하게 이용되는 구체적인 구성으로서는, 상기 가스 셀에 도입되는 가스가 H2O2를 포함하는 것이며, 상기 측정광이 근적외 영역의 광을 포함하고, 상기 수광 유닛에서 수광되는 측정광의 흡광도에 기초하여 상기 가스 셀 내에 도입되는 H2O2의 농도를 산출하는 농도 산출기를 더 구비한 것을 들 수 있다.
이와 같이 본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치에 의하면, 상기 가스 셀이 가열되고 있는 경우라도 각 광섬유에는 열이 거의 전도되지 않고, 그 도광 특성에 변화가 생기기 어렵게 할 수 있다. 또한, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재에 의해 상기 사출구 및 상기 입사구의 주위에는 주위 환경의 공기가 침입될 수 없기 때문에, 샘플 가스 이외의 가스에 의한 흡광의 영향이나 주위 환경의 공기가 결로되는 것에 의한 가스 농도의 측정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 히터 기구의 가열에 의해 가스 농도 측정 장치를 구성하는, 예를 들면 수지 등의 부재가 일부 기화되었다고 해도, 이 기화된 가스가 상기 사출구 및 상기 입사구에 침입하는 것도 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이 본 발명에 관한 가스 농도 측정 장치에 의하면, 상기 이중창 구조에 의해 상기 가스 셀이 가열되고 있는 경우라도 각 광섬유에는 열이 거의 전도되지 않고, 그 도광 특성에 변화가 생기기 어렵게 할 수 있다. 또한, 상기 셀 본체에는 상기 히터 기구에 의해 샘플 가스를 직접 가열할 수 있도록 하고, 상기 셀 본체 내에 있어서의 샘플 가스의 재액화를 확실히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가스 농도 측정 장치 및 가스 농도 제어 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 가스 농도 측정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 가스 셀 및 그 근방의 기기의 구성을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 4는 제1 실시형태에 있어서의 가스 셀 및 그 근방의 기기의 구성을 나타내는 모식적 정면도이다.
도 5는 제1 실시형태에 있어서의 광 사출 유닛의 내부 구조와 가스 셀에 대한 위치 관계를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 제1 실시형태에 있어서의 수광 유닛의 내부 구조와, 가스 셀에 대한 위치 관계를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 가스 셀 및 그 근방의 기기의 구성을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 8은 제2 실시형태에 있어서의 가스 셀 및 그 근방의 기기의 구성을 나타내는 모식적 정면도이다.
도 9는 제2 실시형태에 있어서의 가스 셀 입사측 근방의 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 10은 제2 실시형태에 있어서의 가스 셀 사출측 근방의 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 11은 제2 실시형태의 가스 셀의 변형예를 나타내는 모식적 정면도이다.
본 발명의 제1 실시형태에 관한 가스 농도 측정 장치(100) 및 이것을 이용한 가스 농도 제어 시스템(200)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타나는 상기 가스 농도 제어 시스템(200)은, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에 있어서 재료 가스인 H2O2를 일정한 농도로 유지하면서 기판에 산화막을 형성하기 위한 챔버 내에 공급하는 것이다.
상기 가스 농도 제어 시스템(200)은, H2O2 가스를 발생시키고, 그 농도를 제어하는 기화 장치(VA)와, 상기 기화 장치(VA)와 챔버의 사이에 마련되고, 통과하는 H2O2 가스의 농도를 측정하는 농도 측정 장치(100)로부터 구성되어 있다. 또한, H2O2 가스는 금속과의 접촉에 의해 분해가 발생하고, H2O와 O2가 되기 때문에, 상기 가스 농도 제어 시스템(200) 전체의 가스 접촉 부분에는 금속 이외의 재료를 이용하여 형성되어 있다.
상기 기화 장치(VA)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 캐리어 가스인 N2의 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)가 마련된 캐리어 가스 라인(CL)과, H2O2 용액이 내부에 수용된 탱크(TN) 및 흐르는 H2O2 용액의 유량을 측정하는 액체 매스 플로우 미터(LMFM)가 마련된 재료액 라인(ML)과, 상기 캐리어 가스 라인(CL)과 상기 재료액 라인(ML)의 합류점에 마련되고, H2O2 용액을 가열하여 증발시키는 기화기(VP)를 구비하고 있다. 또한, 상기 탱크(TN) 내에는 N2가스를 소정 압력으로 공급하는 것으로, H2O2 용액을 상기 기화기(VP)까지 압송(壓送)하도록 되어 있다. 또한, 상기 매스 플로우 컨트롤러(MFC)는, 상기 가스 농도 측정 장치(100)에서 측정되는 H2O2 가스의 측정 농도와 목표 농도의 편차가 작아지도록 캐리어 가스의 유량을 제어한다.
상기 가스 농도 측정 장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 샘플 가스인 H2O2 가스가 유통되도록 구성되고, 상기 H2O2 가스에 대해서 측정광을 통과시키는 가스 셀 기구(GS)와, 측정광을 발생시킴과 함께 상기 가스 셀 기구(GS)에 있어서 H2O2 가스를 통과한 측정광의 흡광도를 측정하는 가스 농도 모니터(GM)로부터 구성되어 있다.
보다 구체적으로는 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 가스 농도 측정 장치(100)는, NIR법에 기초하여 H2O2 가스의 농도를 측정하는 것이며, 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 근적외 영역의 파장의 광이, 상기 가스 셀 기구(GS)를 경유하지 않고 참조광으로서 검출기(DT)로 입사하는 참조광 라인(L1)과, 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 광이 측정광으로서 상기 가스 셀 기구(GS)를 경유하여 상기 검출기(DT)에 이르는 측정광 라인(L2)을 구비하고 있다. 또한, 이 가스 농도 측정 장치(100)는, 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 광의 광로를 상기 참조광 라인(L1) 또는 상기 측정광 라인(L2)의 어느 하나로 전환하기 위한 2개의 제1 변환 밀러(FM1)와 제2 변환 밀러(FM2)를 구비하고 있다. 즉, 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 광에 대해 상기 참조광 라인(L1)을 통하여 상기 검출기(DT)로 도달시키는 경우에는, 상기 제1 변환 밀러는 광로 상으로부터 탈거되고, 제2 변환 밀러(FM2)가 광로 상에 배치된다. 또한, 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 광이 상기 측정광 라인(L2)을 통하여 상기 검출기(DT)에 도달시키는 경우에는, 상기 제2 변환 밀러(FM2)는 광로 상으로부터 탈거되고, 제1 변환 밀러(FM1)가 광로 상에 배치된다.
상기 검출기(DT)에서는, 예를 들면 참조광과 측정광의 강도로부터 H2O2, H2O의 흡수 파장역에 있어서의 흡광도가 측정된다. 상기 가스 농도 모니터(GM)는, 측정되는 흡광도에 기초하여 H2O2 가스 및 H2O 가스의 농도를 산출하는 가스 농도 산출기(C)를 더 구비하고 있다. 상기 가스 농도 산출기(C)는, CPU, 메모리, 입출력 수단, A/C·D/C 컨버터 등을 구비한, 이른바 컴퓨터에 있어서 메모리에 격납된 프로그램이 실행되고, 각 기기가 협업하는 것으로 그 기능이 실현된다. 즉, 가스 농도 산출기(C)는, 흡광도와 흡광도 및 가스 농도의 사이의 관계를 나타내는 검량선에 기초하여 가스 농도를 산출하도록 되어 있다. 상기 검량선은 실험 등에 의해 미리 작성된 것이다.
다음에 상기 가스 셀 기구(GS)의 상세에 대해서 도 3 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
상기 가스 셀 기구(GS)는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 기화기(VP)와 상기 챔버의 사이를 접속하는 라인의 일부를 구성하고, H2O2 가스가 도입되는 가스 셀(1)과, 상기 가스 셀(1)에 대해서 측정광을 입사시키는 광 사출 유닛(2)과, 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 수광하는 수광 유닛(3)과, 상기 가스 셀(1), 상기 광 사출 유닛(2), 및, 상기 수광 위치 유닛을 소정의 위치 관계를 유지한 상태에서 고정하는 고정 기구(4)를 구비한 것이다. 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 수광 유닛(3)은 광학적으로 동일한 구성 요소를 가지며, 상기 가스 셀 기구(GS)는 도 4의 정면도에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)을 중심으로 공역(共役, coupling)이 되도록 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 가스 셀(1), 상기 광 사출 유닛(2), 및, 상기 수광 유닛(3)의 각각은 별체로서 형성되어 있다.
상기 가스 셀(1)은, 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 수광 유닛(3)의 사이에 배치되는 개략 원통 형상의 본체관(11)과, 상기 본체관(11)의 측면 상류측에 수직으로 마련한 가스 도입관(12)과, 상기 본체관(11)의 측면 하류측에 마련한 가스 도출관(13)을 구비하고 있다. 상기 가스 셀(1)은 석영 유리로 형성되어 있고, H2O2 가스에 분해 반응이 발생하기 어렵게 되어 있다. 상기 본체관(11)의 상류측의 단면은 상기 광 사출 유닛(2)으로부터 사출된 측정광이 입사하는 입사면(14)이며, 하류측의 단면은 H2O2 가스를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출면(15)이다. 즉, 측정광의 광축과 상기 본체관(11)의 축이 일치하도록 되어 있다.
이 가스 셀(1)은 기화된 H2O2 가스가 냉각되어서 재액화되는 것을 막기 위해서, 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 본체관(11)의 주위, 상기 가스 도입관(12) 및 상기 가스 도출관(13)의 주위를 덮도록 히터 기구인 재킷 히터(JH)가 감겨있다. 재킷 히터(JH)는 단열재인 띠 형상의 수지재에 전열선을 마련한 것이며, 각 관의 측면을 모두 덮도록 감겨있다. 또한, 재킷 히터(JH)는 상기 광 사출 유닛(2) 및 상기 수광 유닛(3)과 접촉하지 않고, 간극이 생기도록 마련되어 있다.
상기 광 사출 유닛(2)은, 도 3, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 측정광을 도파하는 제1 광섬유(21)와, 상기 제1 광섬유(21)의 단면(端面)에 대향하도록 마련한 제1 렌즈(22)와, 상기 본체관(11)과 거의 동일한 직경의 원통 형상을 이루고, 상기 제1 광섬유(21)와 상기 제1 렌즈(22)를 내부에 유지하는 제1 유지기(23)를 구비한 것이다.
상기 제1 유지기(23)는, 수지제의 것이며, 한쪽의 단면(端面)에는 상기 제1 광섬유(21)를 내부로 삽입하기 위한 삽입 구멍이 개구되어 있고, 다른쪽의 단면인 제1 단면(25)에는 상기 제1 렌즈(22)의 광 사출측의 근방에 상기 제1 렌즈(22)를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출구(24)가 형성되어 있다. 이 제1 단면(25)에는, 상기 사출구(24)를 중심으로 원 형상의 제1 오목홈(26)이 형성되어 있다. 그리고, 이 제1 단면(25)은 상기 가스 셀(1)의 상기 입사면(14)과 근접시켜서 대향하도록 마련되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이 상기 광 사출 유닛(2)의 제1 단면(25)과, 상기 가스 셀(1)의 상기 입사면(14)의 사이에는 제1 오목홈(26) 내에 수용된 제1 시일재(5)인 O링이 마련되어 있다. 즉, 상기 제1 시일재(5)는 상기 사출구(24)의 주위를 기밀(氣密)하게 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 가스 셀(1)이 상기 고정 기구(4)에 고정되고, 상기 제1 시일재(5)가 두께 방향으로 눌러진 상태에 있어서, 상기 제1 단면(25)과 상기 입사면(14)의 사이에는 제1 간극(7)이 형성되도록 되어 있다. 다시 말하자면, 조립된 상태에 있어서 상기 광 사출 유닛(2)은 상기 가스 셀(1)에 대해서 직접 접촉되어 있지 않고, 상기 제1 시일재(5)만을 개재하여 간접적으로밖에 상기 가스 셀(1)로부터 열이 전도되지 않도록 되어 있다.
상기 수광 유닛(3)은, 도 3, 도 4, 도 6에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 집광하는 제2 렌즈(32)와, 상기 제2 렌즈(32)에 대해서 단면이 대향하도록 마련되어 있고, 상기 제2 렌즈(32)를 통과한 측정광을 상기 검출기(DT)로 도파하는 제2 광섬유(31)와, 상기 본체관(11)과 거의 동일한 직경의 원통 형상을 이루고, 상기 제2 렌즈(32)와 상기 제2 광섬유(31)를 내부에 유지하는 제2 유지기(33)를 구비한 것이다.
상기 제2 유지기(33)는, 수지제의 것이며, 한쪽의 단면인 제2 단면(35)에는 상기 제2 렌즈(32)의 광입사측의 근방에 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 내부로 입사시키기 위한 입사구(34)가 형성되어 있고, 다른쪽의 단면에는 상기 제2 광섬유(31)를 내부로 삽입하기 위한 삽입 구멍이 개구되어 있다. 상기 제2 단면(35)에는, 상기 입사구(34)를 중심으로 원 형상의 제2 오목홈(36)이 형성되어 있다. 그리고, 이 제2 단면(35)은 상기 가스 셀(1)의 상기 사출면(15)과 근접시켜서 대향하도록 마련되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)의 상기 사출면(15)과, 상기 수광 유닛(3)의 상기 제2 단면의 사이에는 제2 오목홈(36) 내에 수용된 제2 시일재(6)인 O링이 마련되어 있다. 즉, 상기 제2 시일재(6)는 상기 입사구(34)의 주위를 기밀하게 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 상기 가스 셀(1)과 상기 수광 유닛(3)이 상기 고정 기구(4)에 고정되고, 상기 제2 시일재(6)가 두께 방향으로 눌러진 상태에 있어서, 상기 사출면(15)과 상기 제2 단면(35)의 사이에는 제2 간극(8)이 형성되도록 되어 있다. 다시 말하자면, 조립된 상태에 있어서 상기 가스 셀(1)에 대해서 상기 수광 유닛(3)은 직접 접촉되어 있지 않고, 상기 제2 시일재(6)만을 개재하여 간접적으로밖에 상기 가스 셀(1)로부터 열이 전도되지 않도록 되어 있다. 또한, 상기 제1 간극(7)과 상기 제2 간극(8)은 거의 동일한 크기가 되도록 되어 있고, 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)의 변형 전의 두께 치수는 상기 제1 간극(7) 및 상기 제2 간극(8)보다 큰 것이다.
상기 고정 기구(4)는, 개략 직사각형 판 형상의 금속제의 토대(41)와, 상기 토대(41)에 입설(立設)하여 마련한 수지제의 제1 지지대(42), 제2 지지대(43), 중앙 지지대(44)를 구비하고 있다.
상기 제1 지지대(42)는 상기 토대(41)의 일단측에 입설시켜서 마련된 판 형상의 것이며, 상기 광 사출 유닛(2)이 고정된다. 보다 구체적으로는 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 제1 유지기(23)의 상기 제1 단면(25)측은 2단 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 제1 단면(25)측의 작은 지름 부분이 상기 제1 지지대(42)에 대해서 삽입된다. 상기 제1 유지기(23)의 큰 지름 부분의 단면이 기준면이 되어, 상기 제1 지지대(42)의 한쪽의 면에 접촉된 상태에서, 상기 제1 단면(25)이 상기 제1 지지대(42)의 다른쪽의 면과 거의 면일치가 되도록 구성되어 있다. 이 상태에서 상기 제1 유지기(23)의 측면측으로부터 나사멈춤 하는 것으로 상기 광 사출 유닛(2)은 고정되고, 상기 제1 단면(25)의 위치가 규정된다.
상기 제2 지지대(43)는 상기 토대(41)의 타단측에 입설시켜서 마련된 판 형상의 것이며, 상기 수광 유닛(3)이 고정된다. 보다 구체적으로는 도 6에 나타내는 바와 같이 상기 제2 유지기(33)의 상기 제2 단면(35)측은 2단 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 제2 단면(35)측의 작은 지름 부분이 상기 제2 지지대(43)에 대해서 삽입된다. 상기 제2 유지기(33)의 큰 지름 부분의 단면이 기준면이 되어, 상기 제2 지지대(43)의 다른쪽의 면에 접촉된 상태에서, 상기 제2 단면(35)이 상기 제2 지지대(43)의 한쪽의 면과 거의 면일치가 되도록 구성되어 있다. 이 상태에서 상기 제2 유지기(33)의 측면측으로부터 나사멈춤 하는 것으로 상기 수광 유닛(3)은 고정되고, 상기 제2 단면(35)의 위치가 규정된다.
이와 같이, 상기 고정 기구(4)에 대해서 상기 제1 유지기(23) 및 상기 제2 유지기(33)가 고정되는 것만으로, 상기 제1 단면(25)과 상기 제2 단면(35)은 소정 거리 이간된 상태에서 정확하게 배치할 수 있다. 따라서, 상기 제1 광섬유(21), 상기 제1 렌즈(22), 상기 제2 렌즈(32), 상기 제2 광섬유(31)도 그 광축 상에 있어서 설계 상의 위치에 배치되게 된다.
상기 중앙 지지대(44)는, 상기 가스 셀(1)의 본체관(11)이 측정광의 광축 방향으로 슬라이딩 가능하게 가유지되는 가유지 기구이다. 예를 들면 상기 제1 유지기(23)를 상기 고정 기구(4)에 고정한 상태에서, 상기 중앙 지지대(44)에 상기 가스 셀(1)이 삽입되고, 상기 제1 단면(25)과 상기 입사면(14)의 사이에 제1 시일재(5)를 협지한 상태에서 상기 가스 셀(1)이 상기 제1 지지대(42)측으로 밀린다. 다음에 상기 사출면(15)과 상기 제2 단면(35)의 사이에 제2 시일을 협지한 상태에서, 상기 제2 지지대(43)에 상기 제2 유지기(33)를 고정하는 것으로 상기 가스 셀(1)을 상기 제1 지지대(42)측으로 가압한다. 이와 같이 장착하는 것으로, 상기 가스 셀(1)은 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)로부터 각각 역방향의 반발력을 받는 것으로써, 각각의 힘이 균형잡힌 위치까지 이동한다. 따라서, 상기 제1 단면(25)과 상기 제2 단면(35)의 중앙에 상기 가스 셀(1)이 배치될 때까지 자연스럽게 이동하게 되고, 이 상태에서 상기 중앙 지지대(44)에 대해서 상기 가스 셀(1)은 나사에 의해 고정된다. 즉, 상기 고정 기구(4) 및 상기 가유지 기구에 의해 상기 가스 셀(1), 상기 광 사출 유닛(2), 상기 수광 유닛(3)이 각각 별체로 구성되어 있음에도, 상기 가스 셀(1)이 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)의 반발력에 의해 상기 광 사출 유닛(2) 및 상기 수광 유닛(3)의 사이에서 가압 협지되어서, 각 부가 가지는 광학 부재를 설계상의 위치에 정밀도 좋게 배치하는 것이 가능해진다.
이와 같이 구성된 가스 농도 측정 장치(100)에 의하면, 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)가 각각 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)를 기밀하게 둘러싸도록 마련되어 있으므로, 상기 가스 셀 기구(GS)의 주위 환경의 공기가 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 재킷 히터(JH)가 발열하는 것으로써 단열재를 형성하는 수지의 일부가 기화되었다고 해도, 이 기화 가스가 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 측정광의 광로 상에 샘플 가스인 H2O2 이외의 성분이 침입하거나, 주위 환경의 공기나 가스가 상기 제1 렌즈(22) 또는 상기 제2 렌즈(32)에서 결로되거나 하는 것으로, 측정되는 흡광도가 변화되어 정밀도 좋게 가스 농도를 측정할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 재킷 히터에 의해 가열되고 있는 상기 가스 셀(1)에 대해서 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 수광 유닛(3)은 직접 접촉하고 있지 않고, 수지인 O링만을 통하여 접촉하고 있으므로, 상기 가스 셀(1)로부터 열전도에 의해 상기 제1 광섬유(21) 및 상기 제2 광섬유(31)가 가열되고, 온도 변화가 생기는 것도 방지할 수 있다. 따라서, 광섬유의 도광 특성을 일정하게 유지할 수 있고, 가스 농도의 측정 정밀도를 높은 정밀도로 유지하는 것이 가능해진다.
제1 실시형태의 변형예에 대해서 설명한다.
상기 제1 실시형태에서는 H2O2 가스의 농도를 측정하기 위해서 본 발명의 가스 농도 측정 장치를 이용했지만, 그 외의 종류의 가스의 농도를 측정하기 위해서 이용해도 상관없다. 예를 들면 의료계의 가스를 생성할 때에 그 농도를 측정하고, 소망의 농도의 가스를 얻기 위해서 이용해도 상관없다. H2O2 가스와 같이 금속에 대해서 반응성을 가지지 않는 가스의 경우에는 가스 셀을 석영 유리 이외의 재료로 형성해도 상관없다. 또한, 광 사출 유닛 및 수광 유닛에 대해서도 수지 이외의 재료로 구성해도 좋다.
제1 시일재 및 제2 시일재에 대해서는 O링에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 가스 셀에 대한 광 사출 유닛 또는 수광 유닛의 간극을 매립하도록 마련된 코킹재라도 상관없다. 또한, O링에 대해서는 수지제의 것이라도 좋고, 금속제의 것이라도 좋다. 상기 히터 기구는 재킷 히터에 한정되는 것이 아니고, 상기 가스 셀을 가열하여, 내부를 유통하는 샘플 가스가 분해되지 않고, 재액화되지 않는 정도로 데워지는 것이라면 좋다.
본 발명의 제2 실시형태에 관한 가스 농도 측정 장치(100) 및 이것을 이용한 가스 농도 제어 시스템(200)에 대해서 도 7 내지 도 10을 참조하면서 설명한다. 또한, 제2 실시형태에 대해서는 가스 농도 측정 장치(100)의 구성이 제1 실시형태와는 다르고, 가스 농도 제어 시스템(200)으로서는 도 1, 도 2에 나타내는 구성과 마찬가지의 것이다.
다음에 상기 가스 셀 기구(GS)의 상세에 대해서 도 7 내지 10을 참조하면서 설명한다.
상기 가스 셀 기구(GS)는, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 상기 기화기(VP)와 상기 챔버의 사이를 접속하는 라인의 일부를 구성하고, H2O2 가스가 도입되는 가스 셀(1)과, 상기 가스 셀(1)에 대해서 측정광을 입사시키는 광 사출 유닛(2)과, 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 수광하는 수광 유닛(3)과, 상기 가스 셀(1), 상기 광 사출 유닛(2), 및, 상기 수광 위치 유닛을 소정의 위치 관계를 유지한 상태에서 고정하는 고정 기구(4)를 구비한 것이다. 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 수광 유닛(3)은 광학적으로 동일한 구성 요소를 가지며, 상기 가스 셀 기구(GS)는 도 8의 정면도에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)을 중심으로 공역이 되도록 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 가스 셀(1), 상기 광 사출 유닛(2), 및, 상기 수광 유닛(3)의 각각은 별체로서 형성되어 있다.
상기 가스 셀(1)은, 내부로 샘플 가스가 도입되는 셀 본체(1A)와, 상기 셀 본체(1A) 내에 측정광이 입사되는 입사부(1B)와, 상기 셀 본체(1A)를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출부(1C)를 구비한 것이다. 또한, 상기 가스 셀(1)은 복수의 석영 유리재로 형성되어 있고, H2O2 가스에 분해 반응이 발행하기 어렵게 되어 있다. 또한, 상기 가스 셀(1)은, 후술하는 고정 기구(4)에 의해 상기 입사부(1B) 및 상기 사출부(1C)의 부분에서 양단 지지된다.
상기 셀 본체(1A)는, 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 수광 유닛(3)의 사이에 배치되는 개략 원통 형상의 본체관(11)과, 상기 본체관(11)의 측면 상류측에 수직으로 마련한 가스 도입관(12)과, 상기 본체관(11)의 측면 하류측에 마련한 가스 도출관(13)을 구비하고 있다.
상기 입사부(1B), 및, 상기 사출부(1C)는 내부가 진공으로 유지된 이중창 구조(D)를 가지는 것이다. 본 실시형태에서는 양단이 개구된 개략 원통 형상의 본체관(11)에 대해서 동일한 직경의 양단이 폐색된 원통관을 옵티컬 컨택트에 의해 접합한 것이다.
또한, 옵티컬 컨택트는, 접착제를 이용하지 않고 평활하게 한 유리끼리를 접촉시키는 것만으로 접합하는 수법이며, 예를 들면 상온 또는 고온으로 접합된 것을 말한다. 옵티컬 컨택트에서는 유리 표면 간의 반데르발스힘, 내지, 공기 중의 수분의 흡착에 의해 형성된 실라놀기끼리의 수소 결합에 의해 강고하게 접합되어 있다. 즉, 상기 가스 셀(1)은 접착제나 약제에 의한 유리의 용해를 수반하지 않고 복수의 석영 유리재끼리의 평면을 직접 접촉시켜서 접합되어 있다. 이 때문에, 접착제나 유리의 용해에 의한 광학 특성의 변화가 생기지 않도록 하면서, 이중창 구조(D)에 있어서의 진공을 유지하고, 상기 가스 셀(1)의 치수 공차(公差)나 강도를 접합 전의 상기 셀 본체(1A) 단체(單體)와 동등하게 유지할 수 있다.
도 7 내지 도 10에 나타내는 바와 같이 상기 입사부(1B), 상기 본체관(11), 상기 사출부(1C)는 이 순서로 일렬로 나란히 마련되어 있고, 한 개의 원통관을 이루어서 측정광의 광축과 상기 본체관(11)의 축이 일치하도록 되어 있다. 또한, 상기 입사부(1B)의 외측 단면은 상기 광 사출 유닛(2)으로부터 사출된 측정광이 최초에 입사하는 입사면(14)를 이룬다. 한편, 상기 가스 셀(1)의 하류측이며, 상기 사출부(1C)의 외측 단면은 H2O2 가스를 통과한 측정광이 최후에 통과하는 사출면(15)을 이룬다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이 이중창 구조(D)는, 상기 셀 본체(1A)에 옵티컬 컨택트에 의해 접합된 원판 형상 내창판(D1)과, 상기 내창판(D1)으로부터 소정 거리 이간시켜서 병행하게 마련된 원판 형상 외창판(D2)과, 상기 내창판(D1)과 상기 외창판(D2)의 사이를 접속하고, 내부에 폐쇄 공간을 형성하는 양단 개구된 원통 형상의 폐쇄벽(D3)을 구비하고 있다. 상기 내창판(D1), 상기 외창판(D2), 상기 폐쇄벽(D3)의 각각도 옵티컬 컨택트로 접합되어 있다.
이 가스 셀(1)은 기화된 H2O2 가스가 냉각되어서 재액화되는 것을 방지하기 위해서, 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 본체관(11)의 주위, 상기 가스 도입관(12) 및 상기 가스 도출관(13)의 주위를 덮도록 히터 기구인 재킷 히터(JH)가 감겨있다. 재킷 히터(JH)는 단열재인 띠 형상의 수지재에 전열선을 마련한 것이며, 각 관의 측면을 모두 덮도록 감겨있다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 가스 셀(1)은 상기 입사부(1B), 상기 사출부(1C)의 부분에서 양단 지지되고 있고, 상기 재킷 히터(JH)가 감겨지는 상기 셀 본체(1A)에서는 지지되지 않기 때문에, 상기 재킷 히터(JH)를 본체관(11)에 균일하게 장착하여, 가스 셀(1) 내에 있어서의 균일한 온도 분포를 실현하기 쉽다. 보다 구체적으로는 재킷 히터(JH)는 본체관(11)의 부분에만 마련되어 있고, 상기 입사부(1B) 및 상기 사출부(1C)의 부분은 덮지 않도록 되어 있다. 즉, 재킷 히터(JH)는 상기 광 사출 유닛(2) 및 상기 수광 유닛(3)과 직접 접촉하지 않는다.
상기 광 사출 유닛(2)은, 도 7, 도 8, 도 9에 나타내는 바와 같이 상기 할로겐 광원(HL)으로부터 사출된 측정광을 도파하는 제1 광섬유(21)와, 상기 제1 광섬유(21)의 단면에 대향하도록 마련한 제1 렌즈(22)와, 상기 본체관(11)과 거의 동일한 직경의 원통 형상을 이루고, 상기 제1 광섬유(21)와 상기 제1 렌즈(22)를 내부에 유지하는 제1 유지기(23)를 구비한 것이다.
상기 제1 유지기(23)는, 수지제의 것이며, 한쪽의 단면에는 상기 제1 광섬유(21)를 내부로 삽입하기 위한 삽입 구멍이 개구되어 있고, 다른쪽의 단면인 제1 단면(25)에는 상기 제1 렌즈(22)의 광 사출측의 근방에 상기 제1 렌즈(22)를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출구(24)가 형성되어 있다. 이 제1 단면(25)에는, 상기 사출구(24)를 중심으로 원 형상의 제1 오목홈(26)이 형성되어 있다. 그리고, 이 제1 단면(25)은 상기 가스 셀(1)의 상기 입사면(14)과 근접시켜서 대향하도록 마련되어 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이 상기 광 사출 유닛(2)의 제1 단면(25)과, 상기 가스 셀(1)의 상기 입사면(14)의 사이에는 제1 오목홈(26) 내에 수용된 제1 시일재(5)인 O링이 마련되어 있다. 즉, 상기 제1 시일재(5)는 상기 사출구(24)의 주위를 기밀하게 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 상기 광 사출 유닛(2)과 상기 가스 셀(1)이 상기 고정 기구(4)에 고정되고, 상기 제1 시일재(5)가 두께 방향으로 눌러진 상태에 있어서, 상기 제1 단면(25)과 상기 입사면(14)의 사이에는 제1 간극(7)이 형성되도록 되어 있다. 다시 말하자면, 조립된 상태에 있어서 상기 광 사출 유닛(2)은 상기 가스 셀(1)에 대해서 직접 접촉하고 있지 않다.
상기 수광 유닛(3)은, 도 7, 도 8, 도 10에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 집광하는 제2 렌즈(32)와, 상기 제2 렌즈(32)에 대해서 단면이 대향하도록 마련되어 있고, 상기 제2 렌즈(32)를 통과한 측정광을 상기 검출기(DT)로 도파하는 제2 광섬유(31)와, 상기 본체관(11)과 거의 동일한 직경의 원통 형상을 이루고, 상기 제2 렌즈(32)와 상기 제2 광섬유(31)를 내부에 유지하는 제2 유지기(33)를 구비한 것이다.
상기 제2 유지기(33)는, 수지제의 것이며, 한쪽의 단면인 제2 단면(35)에는 상기 제2 렌즈(32)의 광입사측의 근방에 상기 가스 셀(1)을 통과한 측정광을 내부로 입사시키기 위한 입사구(34)가 형성되어 있고, 다른쪽의 단면에는 상기 제2 광섬유(31)를 내부로 삽입하기 위한 삽입 구멍이 개구되어 있다. 상기 제2 단면(35)에는, 상기 입사구(34)를 중심으로 원 형상의 제2 오목홈(36)이 형성되어 있다. 그리고, 이 제2 단면(35)은 상기 가스 셀(1)의 상기 사출면(15)과 근접시켜서 대향하도록 마련되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)의 상기 사출면(15)과, 상기 수광 유닛(3)의 상기 제2 단면의 사이에는 제2 오목홈(36) 내에 수용된 제2 시일재(6)인 O링이 마련되어 있다. 즉, 상기 제2 시일재(6)는 상기 입사구(34)의 주위를 기밀하게 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 상기 가스 셀(1)과 상기 수광 유닛(3)이 상기 고정 기구(4)에 고정되고, 상기 제2 시일재(6)가 두께 방향으로 눌러진 상태에 있어서, 상기 사출면(15)과 상기 제2 단면(35)의 사이에는 제2 간극(8)이 형성되도록 되어 있다. 다시 말하자면, 조립된 상태에 있어서 상기 가스 셀(1)에 대해서 상기 수광 유닛(3)은 직접 접촉하고 있지 않다.
또한, 상기 제1 간극(7)과 상기 제2 간극(8)은 거의 동일한 크기가 되도록 되어 있고, 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)의 변형 전의 두께 치수는 상기 제1 간극(7) 및 상기 제2 간극(8)보다 큰 것이다.
상기 고정 기구(4)는, 개략 직사각형 판 형상의 금속제의 토대(41)와, 상기 토대(41)에 입설하여 마련한 수지제의 제1 지지대(42), 제2 지지대(43), 입사부 지지대(44), 사출부 지지대(45)를 구비하고 있다.
상기 제1 지지대(42)는 상기 토대(41)의 일단측에 입설시켜서 마련된 판 형상의 것이며, 상기 광 사출 유닛(2)이 고정된다. 보다 구체적으로는 도 9에 나타내는 바와 같이 상기 제1 유지기(23)의 상기 제1 단면(25)측은 2단 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 제1 단면(25)측의 작은 지름 부분이 상기 제1 지지대(42)에 대해서 삽입된다. 상기 제1 유지기(23)의 큰 지름 부분의 단면이 기준면이 되어, 상기 제1 지지대(42)의 한쪽의 면에 접촉된 상태에서, 상기 제1 단면(25)이 상기 제1 지지대(42)의 다른쪽의 면과 거의 면일치가 되도록 구성되어 있다. 이 상태에서 상기 제1 유지기(23)의 측면측으로부터 나사멈춤 하는 것으로 상기 광 사출 유닛(2)은 고정되고, 상기 제1 단면(25)의 위치가 규정된다.
상기 제2 지지대(43)는 상기 토대(41)의 타단측에 입설시켜서 설치된 판 형상의 것이며, 상기 수광 유닛(3)이 고정된다. 보다 구체적으로는 도 10에 나타내는 바와 같이 상기 제2 유지기(33)의 상기 제2 단면(35)측은 2단 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 제2 단면(35)측의 작은 지름 부분이 상기 제2 지지대(43)에 대해서 삽입된다. 상기 제2 유지기(33)의 큰 지름 부분의 단면이 기준면이 되어, 상기 제2 지지대(43)의 다른쪽의 면에 접촉된 상태에서, 상기 제2 단면(35)이 상기 제2 지지대(43)의 한쪽의 면과 거의 면일치가 되도록 구성되어 있다. 이 상태에서 상기 제2 유지기(33)의 측면측으로부터 나사멈춤 하는 것으로 상기 수광 유닛(3)은 고정되고, 상기 제2 단면(35)의 위치가 규정된다.
이와 같이, 상기 고정 기구(4)에 대해서 상기 제1 유지기(23) 및 상기 제2 유지기(33)가 고정되는 것만으로, 상기 제1 단면(25)과 상기 제2 단면(35)은 소정 거리 이간된 상태로 정확하게 배치할 수 있다. 따라서, 상기 제1 광섬유(21), 상기 제1 렌즈(22), 상기 제2 렌즈(32), 상기 제2 광섬유(31)도 그 광축 상에 있어서 설계 상의 위치에 배치되게 된다.
상기 입사부 지지대(44), 상기 사출부 지지대(45)는 상기 가스 셀(1)에 있어서 이중창 구조(D)가 형성되고 있는 부분에만 접촉하도록 구성되어 있다. 즉, 상기 가스 셀(1)에 있어서 재킷 히터(JH)의 열영향을 가장 받기 어렵고, 온도가 일정하게 유지되기 쉬운 부분에서 폐쇄벽(D3)의 외측 둘레면과 상기 입사부 지지대(44), 상기 사출부 지지대(45)는 접촉하고 있다. 또한, 상기 입사부 지지대(44) 및 상기 사출부 지지대(45)는, 상기 입사부(1B) 및 상기 사출부(1C)로부터 일부 삐져나와서, 상기 셀 본체(1A)에 있어서도 일부 지지하고 있는 것이라도 상관없다.
이와 같이 구성된 가스 농도 측정 장치(100)에 의하면, 상기 가스 셀(1)의 양단부인 상기 입사부(1B) 및 상기 사출부(1C)가 이중창 구조(D)를 가지고 있기 때문에, 재킷 히터(JH)의 열은 상기 입사부(1B) 및 상기 사출부(1C)에 있어서 단열되어서, 상기 광 사출 유닛(2) 및 상기 수광 유닛(3)으로 전열(傳熱)되기 어렵다. 이 때문에, 샘플 가스가 상기 가스 셀(1) 내에서 재액화되지 않도록 충분히 가열해도, 그 열에 의해서 각 광섬유의 도광 특성이 변화되어서 농도 측정의 정밀도가 변화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 입사부 지지대(44), 상기 사출부 지지대(45)에도 재킷 히터(JH)의 열은 직접 전달되기 어렵고, 각각의 온도는 일정하게 유지되기 쉽다. 따라서, 상기 가스 셀(1)은 양단 지지되고 있으나, 상기 입사부 지지대(44), 상기 사출부 지지대(45)는 각각 별도의 열변형이 생기기 어렵기 때문에, 상기 가스 셀(1)의 자세를 항상 일정하게 유지하기 쉽다. 이 때문에, 샘플 가스의 가열을 행하고 있어도 측정광의 광축과 상기 가스 셀(1)의 광축을 거의 계속 일치시켜서, 광학 특성이 변화되는 것을 방지하고, 농도의 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 상기 토대(41)에 입설하여 마련한 제1 지지대(42)와 입사부 지지대(44)를 일체로 하고, 상기 토대(41)에 입설하여 마련한 제1 지지대(43)와 사출부 지지대(45)에 대해서도 일체로 해도 좋다. 즉, 한쪽의 1개의 받침대에 대해서 광 사출 유닛(2)과 입사부(1B)의 양쪽 모두를 위치 결정하는 제1 걸어맞춤부를 마련해 두고, 다른쪽의 1개의 받침대에 대해서 수광 유닛(3)과 사출부(1C)의 양쪽 모두를 위치 결정하는 제2 걸어맞춤부를 마련해도 좋다. 이러한 것이라면, 가스 셀(1), 광 사출 유닛(2), 수광 유닛(3)을 받침대에 장착하는 것만으로, 각각의 광축을 정밀도 좋게 일치시키고, 그 작업의 번잡함을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 시일재(5) 및 상기 제2 시일재(6)가 각각 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)를 기밀하게 둘러싸도록 마련되어 있으므로, 상기 가스 셀 기구(GS)의 주위 환경의 공기가 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 재킷 히터(JH)가 발열하는 것으로써 단열재를 형성하는 수지의 일부가 기화되었다고 해도, 이 기화 가스가 상기 사출구(24) 및 상기 입사구(34)에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 측정광의 광로 상에 샘플 가스인 H2O2 이외의 성분이 침입하거나, 주위 환경의 공기나 가스가 상기 제1 렌즈(22) 또는 상기 제2 렌즈(32)에서 결로되거나 하는 것으로, 측정되는 흡광도가 변화되어 정밀도 좋게 가스 농도를 측정할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.
제2 실시형태의 변형예에 대해서 설명한다.
상기 제2 실시형태에서는, 상기 가스 셀(1)은, 입사부(1B) 및 사출부(1C)의 부분을 고정 기구(4)의 상기 입사부 지지대(44) 및 상기 사출부 지지대(45)에 의해 양단 지지하도록 구성되어 있었지만, 도 11에 나타내는 바와 같이 상기 가스 셀(1)의 셀 본체(1A)의 중앙부만으로 1점에서 지지하도록 중앙부 지지대(46)을 마련해도 좋다.
이러한 것이라면, 가스 셀(1)에 광축 방향에 대해서 조립 오차 등이 있고, 입사부(1B)로부터 사출부(1C)까지의 형상이 설계값으로부터 어긋나 있다고 해도, 양단 지지를 하는 경우와 비교하여, 광 사출 유닛(2)으로부터 수광 유닛(3)까지 광을 통과할 수 있도록 가스 셀(1)을 조립하기 쉽다. 또한, 가스 셀(1)의 중앙부를 1점에서 지지하고 있으므로, 양단 지지하고 있는 경우보다 형상 오차에 의한 부하가 발생하기 어렵고, 제품으로서의 장기 수명화를 실현할 수 있다.
상기 제2 실시형태에서는 H2O2 가스의 농도를 측정하기 위해서 본 발명의 가스 농도 측정 장치를 이용했지만, 그 외의 종류의 가스의 농도를 측정하기 위해서 이용해도 상관없다. 예를 들면 의료계의 가스를 생성할 때에 그 농도를 측정하고, 소망의 농도의 가스를 얻기 위해서 이용해도 상관없다. H2O2 가스와 같이 금속에 대해서 반응성을 가지지 않는 가스의 경우에는 가스 셀을 석영 유리 이외의 재료로 형성해도 상관없다. 또한, 광 사출 유닛 및 수광 유닛에 대해서도 수지 이외의 재료로 구성해도 좋다.
또한, 이중창 구조의 폐쇄 공간 내의 진공도에 대해서는 적절히 설정하면 좋고, 히터 기구에 의한 가열의 영향이 각 광섬유에 나타나지 않는 정도로 단열할 수 있는 진공도이면 좋다. 또한, 이중창 구조에 대해서는 폐쇄 공간 내를 진공이 아니라, 가스가 존재하도록 한 것이라도 좋다. 예를 들면 상기 폐쇄 공간 내는 샘플 가스와는 별종의 가스, 또는, 흡광 파장이 샘플 가스와는 다른 것이라면 좋다. 구체적인 예로서는 상기 폐쇄 공간 내에 가스로서 수증기의 제거된 건조 공기가 채워져 있거나, 또는, 유통하는 것이라도 좋다. 이러한 것이라면, 진공이 아니어도 폐쇄 공간 내의 가스가 투광성이 있는 단열재로서 기능하고, 상기 히터 기구로부터의 열이 각 광섬유에 전도되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 건조 공기이면 이중창 구조내에 가스가 존재한다고 해도 H2O에 의한 흡광이 발생하지 않고, 예를 들면 H2O2나 그 외의 가스의 농도 측정에서 정밀도 저하를 초래하지 않게 할 수 있다. 또한, 폐쇄 공간 내는 완전하게 밀폐되고 있는 것으로 한정되지 않고, 극히 작은 간극이 있고, 예를 들면 진공도가 경년(經年) 변화와 함께 저하되는 것이라도 좋다. 또한, 이중창 구조의 내부에 가스가 존재하는 경우에는, 대기압과 동일해도 좋고, 대기압보다 감압된 것이라도 좋다.
또한, 이중창 구조의 직경에 대해서는 본체관의 직경과 다르게 해도 좋다. 또한, 광 사출 유닛 및 수광 유닛을 각각 입사부 및 사출부에 시일재를 개재하지 않고 직접 접촉시켜도 좋다. 이러한 것이라도, 입사부 및 사출부의 단열 기능에 의해 광 사출 유닛 및 수광 유닛에 대해서 열전도는 생기지 않고, 각 광섬유의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
히터 기구에 대해서는 가스 셀을 직접 가열하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 샘플 가스가 가스 셀에 도입되기 전의 배관에 있어서 샘플 가스를 가열하는 것이라도 좋다.
제1 시일재 및 제2 시일재에 대해서는 O링에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 가스 셀에 대한 광 사출 유닛 또는 수광 유닛의 간극을 매립하도록 마련된 코킹재라도 상관없다. 또한, O링에 대해서는 수지제의 것이라도 좋고, 금속제의 것이라도 좋다. 상기 히터 기구는 재킷 히터에 한정되는 것이 아니고, 상기 가스 셀을 가열하여, 내부를 유통하는 샘플 가스가 분해되지 않고, 재액화되지 않는 정도로 데워지는 것이라면 좋다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 여러가지 실시형태의 조합을 행해도 상관없다.
100: 가스 농도 측정 장치
1: 가스 셀
14: 입사면
15: 사출면
1A: 셀 본체
1B: 입사부
1C: 사출부
2: 광 사출 유닛
21: 제1 광섬유
22: 제1 렌즈
23: 제1 유지기
24: 사출구
25: 제1 단면
3: 수광 유닛
31: 제2 광섬유
32: 제2 렌즈
33: 제2 유지기
34: 입사구
35: 제2 단면
4: 고정 기구
5: 제1 시일재
6: 제2 시일재

Claims (16)

  1. 측정광이 내부로 입사되는 입사면과, 측정광이 외부로 사출(射出)되는 사출면을 구비하고, 내부로 샘플 가스가 도입되도록 구성된 가스 셀과,
    상기 가스 셀을 가열하는 히터 기구와,
    내부에 마련된 제1 광섬유의 단면(端面)으로부터 사출되는 측정광을 사출구를 통하여 상기 가스 셀로 사출하는 광 사출 유닛과,
    입사구로 입사되는 상기 가스 셀을 통과한 측정광을 내부에 마련된 제2 광섬유의 단면으로 입사시키는 수광 유닛과,
    상기 가스 셀의 상기 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 사출구의 주위에 형성된 제1 단면의 사이에 있어서, 상기 사출구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제1 시일재와,
    상기 가스 셀의 상기 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 입사구의 주위에 형성된 제2 단면의 사이에 있어서, 상기 입사구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제2 시일재를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시일재, 및, 제2 시일재가 O링인 가스 농도 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재가 마련된 상태에 있어서,
    상기 가스 셀의 상기 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 제1 단면의 사이에 제1 간극이 형성되어 있고,
    상기 가스 셀의 상기 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 제2 단면의 사이에 제2 간극이 형성되어 있는 가스 농도 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 간극 및 상기 제2 간극이 거의 동일한 크기이며, 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재의 변형 전의 두께 치수가 상기 제1 간극 및 상기 제2 간극보다 크게 설정되어 있는 가스 농도 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 셀이 석영 유리로 형성되어 있고,
    상기 광 사출 유닛이,
    측정광이 단면으로부터 사출되는 제1 광섬유와,
    상기 제1 광섬유의 단면으로부터 사출된 측정광을 콜리메이트(collimate)화하는 제1 렌즈와,
    상기 제1 광섬유와 상기 제1 렌즈를 내부에 유지하는 수지제의 제1 유지기를 구비하고,
    상기 사출구 및 상기 제1 단면이 상기 제1 유지기에 형성되어 있고,
    상기 수광 유닛이,
    측정광이 단면으로부터 도입되는 제2 광섬유와,
    상기 제2 광섬유의 단면에 측정광을 집광하는 제2 렌즈와,
    상기 제2 광섬유와 상기 제2 렌즈를 내부에 유지하는 수지제의 제2 유지기를 구비하고,
    상기 입사구 및 상기 제2 단면이 상기 제2 유지기에 형성되어 있는 가스 농도 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 기구가, 상기 가스 셀 주위에 감겨있음과 함께, 상기 제1 단면 및 상기 제2 단면은 이간되도록 마련된 재킷 히터인 가스 농도 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 사출 유닛의 제1 단면과, 상기 수광 유닛의 제2 단면을 소정 거리 이간시킨 상태에서 고정하는 고정 기구와,
    상기 가스 셀을 측정광의 광축 방향에 대해서 슬라이딩 가능하게 가유지(假保持)하는 가유지 기구를 더 구비하고,
    상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재의 반발력에 의해서 상기 가스 셀이 상기 광 사출 유닛과 상기 수광 유닛의 사이에 가압 협지되도록 구성되어 있는 가스 농도 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 셀에 도입되는 샘플 가스가 H2O2를 포함하는 것이며,
    상기 측정광이 근적외 영역의 광을 포함하고,
    상기 수광 유닛에서 수광되는 측정광의 흡광도에 기초하여 상기 가스 셀 내에 도입되는 H2O2의 농도를 산출하는 농도 산출기를 더 구비한 가스 농도 측정 장치.
  9. 내부로 샘플 가스가 도입되는 셀 본체와, 상기 셀 본체 내에 측정광이 입사되는 입사부와, 상기 셀 본체를 통과한 측정광이 외부로 사출되는 사출부를 구비하는 가스 셀과,
    상기 가스 셀, 또는, 상기 가스 셀에 도입되는 샘플 가스를 가열하는 히터 기구와,
    단면으로부터 측정광을 사출하고, 상기 입사부로 입사시키도록 마련된 제1 광섬유와,
    상기 사출부를 통과한 측정광이 단면으로 입사하도록 마련된 제2 광섬유를 구비하고,
    상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 내부가 진공으로 유지되어 있거나, 또는, 내부에 가스가 존재하는 이중창 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이중창 구조가,
    상기 셀 본체에 부착된 내창판(內窓板)과,
    상기 내창판과 평행이 되도록 상기 내창판으로부터 소정 거리 이간시켜서 마련된 외창판(外窓板)과,
    상기 내창판, 및, 상기 외창판의 사이를 접속하고, 폐쇄 공간을 형성하는 폐쇄벽을 구비하고,
    상기 폐쇄 공간 내가 진공으로 유지되어 있거나, 또는, 상기 폐쇄 공간 내에 가스가 존재하는 가스 농도 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 셀 본체가, 장척(長尺) 형상의 것이며,
    상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 상기 셀 본체의 각 단부에 각각 접합되어 있고,
    상기 셀 본체의 중앙부를 1점 지지하는 지지 기구를 더 구비한 가스 농도 측정 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 셀 본체가, 장척 형상의 것이며,
    상기 입사부, 및, 상기 사출부가, 상기 셀 본체의 각 단부에 각각 접합되어 있고,
    상기 입사부, 및, 상기 사출부에서 상기 가스 셀을 양단 지지하는 지지 기구를 더 구비한 가스 농도 측정 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 히터 기구가, 상기 셀 본체에 감겨진 재킷 히터인 가스 농도 측정 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 셀이, 복수의 석영 유리재로 형성되어 있고,
    상기 입사부, 및, 상기 사출부가 상기 셀 본체에 대해서 옵티컬 컨택트로 접합되어 있는 가스 농도 측정 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    내부에 마련된 상기 제1 광섬유의 단면으로부터 사출되는 측정광을 사출구를 통하여 상기 가스 셀로 사출하는 광 사출 유닛과,
    입사구로 입사되는 상기 가스 셀을 통과한 측정광을 내부에 마련된 상기 제2 광섬유의 단면으로 입사시키는 수광 유닛과,
    상기 입사부에 있어서 외측으로부터 측정광이 최초에 입사되는 면인 입사면과, 상기 광 사출 유닛의 상기 사출구의 주위에 형성된 제1 단면의 사이에 있어서, 상기 사출구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제1 시일재와,
    상기 사출부에 있어서 측정광이 최후에 사출되는 면인 사출면과, 상기 수광 유닛의 상기 입사구의 주위에 형성된 제2 단면의 사이에 있어서, 상기 입사구의 주위를 둘러싸도록 마련된 제2 시일재를 더 구비한 가스 농도 측정 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 셀에 도입되는 샘플 가스가 H2O2를 포함하는 것이며,
    상기 측정광이 근적외 영역의 광을 포함하고,
    상기 수광 유닛에서 수광되는 측정광의 흡광도에 기초하여 상기 가스 셀 내에 도입되는 H2O2의 농도를 산출하는 농도 산출기를 더 구비한 가스 농도 측정 장치.
KR1020170070641A 2016-06-30 2017-06-07 가스 농도 측정 장치 KR20180003429A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016130750A JP2018004400A (ja) 2016-06-30 2016-06-30 ガス濃度測定装置
JP2016130749A JP2018004399A (ja) 2016-06-30 2016-06-30 ガス濃度測定装置
JPJP-P-2016-130749 2016-06-30
JPJP-P-2016-130750 2016-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180003429A true KR20180003429A (ko) 2018-01-09

Family

ID=60806487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170070641A KR20180003429A (ko) 2016-06-30 2017-06-07 가스 농도 측정 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180003626A1 (ko)
KR (1) KR20180003429A (ko)
CN (1) CN107561034A (ko)
TW (1) TW201802451A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108919844A (zh) * 2018-05-15 2018-11-30 电子科技大学 一种化学反应速率实时溶液浓度自动控制系统
CN110031405A (zh) * 2019-03-06 2019-07-19 北京航天易联科技发展有限公司 一种探测杆中无光纤、光程可调激光管道气体传感器
CN116660166B (zh) * 2023-07-31 2023-09-22 中国科学院空天信息创新研究院 一种用于腔辅助气体浓度测量的气体腔结构

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1560613A (en) * 1977-03-24 1980-02-06 Yokogawa Electric Works Ltd Infrared gas analyzer
JP2601519B2 (ja) * 1988-06-15 1997-04-16 出光石油化学 株式会社 分子量分布測定方法と紫外および可視分光検出器およびポリマ−の分子量分布測定装置
US5872359A (en) * 1995-07-27 1999-02-16 American Sterilizer Company Real-time monitor and control system and method for hydrogen peroxide vapor decontamination
US5892229A (en) * 1996-04-22 1999-04-06 Rosemount Analytical Inc. Method and apparatus for measuring vaporous hydrogen peroxide
US20020158202A1 (en) * 2001-01-08 2002-10-31 Webber Michael E. Laser-based sensor for measuring combustion parameters
CN2711725Y (zh) * 2004-07-09 2005-07-20 北京英贤仪器有限公司 光纤共轴分体式液体样品流通分析池
CN201615876U (zh) * 2010-02-05 2010-10-27 合肥皖仪生物电子有限公司 用于激光气体分析仪的球形可调装置
CN201666868U (zh) * 2010-03-29 2010-12-08 江阴市科达电气技术有限公司 多组分气体分析仪
CN201666867U (zh) * 2010-03-29 2010-12-08 江阴市科达电气技术有限公司 光纤耦合气体分析池
JP5714977B2 (ja) * 2010-06-28 2015-05-07 株式会社堀場製作所 光学測定装置
CN102072880A (zh) * 2010-12-14 2011-05-25 北京清博华科技有限公司 一种光纤接口的大流量制备流通池
CN104181105B (zh) * 2013-05-23 2016-12-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于观测液氧荧光光谱的样品池
CN203551453U (zh) * 2013-07-06 2014-04-16 尉士民 整体加热恒温气体吸收池
CN203587489U (zh) * 2013-07-06 2014-05-07 曹建文 远红外腔内加热恒温气体吸收池
CN203337531U (zh) * 2013-07-10 2013-12-11 深圳市世纪龙晟科技发展有限公司 直接加热透镜的恒温气体吸收池
CN103604772A (zh) * 2013-11-12 2014-02-26 浙江省计量科学研究院 用可调谐激光吸收光谱的气相h2o2浓度的测量方法及装置
CN203929616U (zh) * 2013-12-18 2014-11-05 长沙市源创精科生物技术有限公司 一种具有光纤接口的流通池
CA2886213A1 (en) * 2014-09-07 2015-05-27 Unisearch Associates Inc. Gas cell assembly and applications in absorption spectroscopy
CN105044010B (zh) * 2015-07-15 2018-11-23 大连理工大学 一种用于测定等离子体中微量粒子浓度的吸收光谱装置
CN105067546B (zh) * 2015-08-21 2018-06-26 南京国电环保科技有限公司 高温多光谱耦合光机系统
CN205192931U (zh) * 2015-12-02 2016-04-27 佛山市南华仪器股份有限公司 透射式烟度计的测量光通道

Also Published As

Publication number Publication date
CN107561034A (zh) 2018-01-09
US20180003626A1 (en) 2018-01-04
TW201802451A (zh) 2018-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180003429A (ko) 가스 농도 측정 장치
KR101722013B1 (ko) 원료 유체 농도 검출기
Cersullo et al. A new infrared Fabry-Pérot-based radial-velocity-reference module for the SPIRou radial-velocity spectrograph
US20190242818A1 (en) Absorbance meter and semiconductor manufacturing device using absorbance meter
JP5714977B2 (ja) 光学測定装置
WO2014181522A1 (ja) 脆性破壊性板材の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性板材から成る光透過窓板の固定方法
Melin et al. Gas cell based on optical contacting for fundamental spectroscopy studies with initial reference absorption spectrum of H2O vapor at 1723 K and 0.0235 bar
JP2014219294A5 (ko)
US10073028B2 (en) Spectrometer optical head assembly
JP2023160991A (ja) 濃度測定装置
KR102222130B1 (ko) Cp₂Mg 농도 측정 장치
JP2018004400A (ja) ガス濃度測定装置
JP7060409B2 (ja) 光学測定セル、光学分析計、及び光学測定セルの製造方法
JP2000214077A (ja) 光学吸収セル
US6094262A (en) High temperature differential refractometry apparatus
JP2018004399A (ja) ガス濃度測定装置
WO2006130016A1 (en) Apparatus and method for reducing interfering signals from atmospheric gases in optical measurement of gas in sealed processes or containers
JP3190260B2 (ja) 光学吸収セル
Wiegleb IR Absorption Photometer
US20240060881A1 (en) Gas analyzing device
US20040211902A1 (en) Measuring device for determining the concentration of gases by infrared absorption
CN212459404U (zh) 一种tdlas激光分析仪的赫里奥特池长光程气室结构
JPH041557A (ja) 赤外分光光度計のフローセル
WO2022259680A1 (ja) ガス分析装置及びレーザ光伝送機構
JP5416574B2 (ja) 非分散型光分析装置