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公開番号2025044096
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2023186511
出願日2023-10-31
発明の名称ガス濃度測定装置とその方法
出願人明遠精密科技股分有限公司
代理人個人,個人,個人
主分類G01N 21/33 20060101AFI20250325BHJP(測定;試験)
要約【課題】ガス濃度測定装置とその方法を提供する。
【解決手段】ガス濃度測定装置とその方法は、ガス検出チャンバー、温度感知素子、圧力感知素子、光源供給装置、及び光検知装置を備え、測定対象ガス(例えばオゾン)の濃度を測定する。温度感知素子は測定対象ガスの温度を測定し、圧力感知素子は測定対象ガスの圧力を測定する。光源供給装置は、UV-LEDを採用して紫外線光源とし、異なるオゾン吸光度を有する、第1の検出ビームと補正ビームを供給して、分光素子により、測定対象ガスを通過する分光と、測定対象ガスを通過しない分光に分ける。光検知装置は、それぞれ、第1の検出ビームと補正ビームとの、オゾンを含有する光強度と、オゾンを含有しない光強度を測定する。上記の光強度を比べると、ランベルトベールの法則(Beer-Lambert law)により、オゾンガスの濃度を算出することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象ガスのガス濃度を測定するためのガス濃度測定装置において、
ガス出入り通路と連通することにより、そのうちの一つのチャンバーは前記測定対象ガスを有するガス検出チャンバーと、
前記測定対象ガスの温度を検出するための温度感知素子と、
前記測定対象ガスの圧力を検出するための圧力感知素子と、
前記ガス検出チャンバーの第１の側に設けられる光源供給装置であって、第１の検出ビームと補正ビームとを発生するためのものであり、前記測定対象ガスは、前記第１の検出ビームに対する吸光度が、前記補正ビームに対する吸光度より大きい少なくとも一つの光源と、前記第１の検出ビームを第１の検出分光と第２の検出分光に分け、前記補正ビームを第１の補正分光と第２の補正分光に分けるためのものであり、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光とは、前記ガス検出チャンバーと前記ガス検出チャンバーにおける前記測定対象ガスを通過し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光とは、前記ガス検出チャンバーと前記ガス検出チャンバーにおける前記測定対象ガスを通過しない分光素子と、を備える光源供給装置と、
それぞれ、前記ガス検出チャンバーの第２の側と前記第１の側に位置する、第１の光感知素子と第２の光感知素子を少なくとも備え、それぞれ、前記第１の検出ビームの前記第１の検出分光の光強度と前記第２の検出分光の光強度を測定することにより、前記測定対象ガスの第１の検出濃度を算出し、それぞれ、前記補正ビームの前記第１の補正分光の光強度と前記第２の補正分光の光強度を測定することにより、前記測定対象ガスの補正濃度を算出し、前記第１の検出濃度から前記補正濃度を差し引いた後、前記測定対象ガスの前記ガス濃度を得られる光検知装置と、を少なくとも備えることを特徴とする、
ガス濃度測定装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記ガス出入り通路の両端は、それぞれ、通路ガス入口と通路ガス出口であり、前記通路ガス入口は前記測定対象ガスの入口であり、前記通路ガス出口は前記測定対象ガスの出口であり、前記ガス検出チャンバーは、前記チャンバーを有する中空チャンバー本体であり、前記中空チャンバー本体の両端は、それぞれ、検出ガス入口と検出ガス出口を有し、前記検出ガス入口と前記検出ガス出口とは、中空チャンバー本体の前記チャンバーと連通し、前記測定対象ガスは、前記ガス検出チャンバーの前記中空チャンバー本体の前記チャンバーを連続的に流れることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
更に、処理素子を備え、前記処理素子は、前記測定対象ガスの前記温度と、前記測定対象ガスの前記圧力と、前記第１の検出分光の前記光強度、前記第２の検出分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける光路長、及び前記測定対象ガスの吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記第１の検出濃度を算出し、前記処理素子は、更に、前記測定対象ガスの前記温度、前記測定対象ガスの前記圧力、前記第１の補正分光の前記光強度、前記第２の補正分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける前記光路長、及び前記測定対象ガスの前記吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記補正濃度を算出することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記測定対象ガスはオゾンであり、前記光源からの前記第１の検出ビームと前記補正ビームとは、紫外線であることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記分光素子は傾斜式ビームスプリッターであり、前記分光素子により、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光は、同じ第１の光路を有し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光は、同じ第２の光路を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項６】
前記ガス検出チャンバーは石英ガラス管であることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項７】
前記第１の検出ビームの波長は、前記測定対象ガスの吸収波長範囲内にあり、前記補正ビームの波長は、前記測定対象ガスの前記吸収波長範囲外にあり、これにより、前記ガス検出チャンバーによる光吸収干渉誤差を補正することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項８】
前記光源供給装置は、更に、光源制御素子を備え、前記光源制御素子は、前記光源供給装置の前記光源を制御して、交互ライトモードで前記第１の検出ビームと前記補正ビームとを提供するためのものであることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
【請求項９】
前記交互ライトモードは、パルスまたはインターバル形式のオンとオフであり、前記第１の検出ビームと前記補正ビームを提供することを特徴とする、請求項８に記載のガス濃度測定装置。
【請求項１０】
前記第１の検出濃度から前記補正濃度を差し引いて得られる前記測定対象ガスの前記ガス濃度がデフォルト値より低いときに、前記光源は、前記第１の検出ビームの代わりに、少なくとも一つの第２の検出ビームを供給し、前記第２の検出ビームの波長及び／又は明るさは、前記第１の検出ビームの波長及び／又は明るさと異なることを特徴とする、請求項１又は８に記載のガス濃度測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置とその方法に関し、特に、ガス濃度測定装置とその方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
産業の発展に伴い、さまざまな産業や生活環境でさまざまな種類のガスが使用されるようになった。例えば、オゾンは滅菌装置や半導体ウェーハの製造でよく使用されているが、市販されているオゾンの濃度を測定する機器は、オゾンの濃度を正確かつ安定して高速にフィードバックするという要件を満たすことができなくなっている。現在のオゾン濃度測定器は、紫外線吸光法を採用しており、紫外線光源からの紫外線が石英ガラス管におけるオゾンを通して、光検出器で光感知信号を測定した後、ランベルトベールの法則（Ｂｅｅｒ－ＬａｍｂｅｒｔＥｑｕａｔｉｏｎ）によってオゾンの濃度を算出する。
【０００３】
しかし、既存のオゾン濃度測定器は、主に低圧水銀ランプを紫外線光源として使用しており、低圧水銀ランプはオゾンの吸収スペクトルに近い紫外線光源を提供できるが、低圧水銀ランプ技術には、以下のような長年の欠点があり、解決するのが難しかった。
（１）ウォームアップ時間が長く、再度測定できるようになるまでに時間がかかる。
（２）測定には高圧電源が必要であり、エネルギーを消費する。
（３）紫外線光源が周囲に飛散し、利用率が低下する。
（４）サイズが大きいため、一つのデバイスに固定波長の光源が一つしか搭載できず、オゾンの濃度範囲が違いすぎる場合には、装置を交換する必要がある。
（５）寿命が比較的短い。
（６）水銀蒸気が発生する。
【０００４】
また、石英ガラスの管壁が汚れたり沈殿物が堆積したりすると、光検出器で測定される光感知信号に誤差が生じる場合がある。しかし、既存のオゾン濃度測定器は、この誤差を即時にフィードバックしたり補正したりすることができない。このことから、既存のオゾン濃度測定器は、オゾン濃度の正確、安定、高速なフィードバックの要件を明らかに満たしていないことがわかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、従来の技術を使用してオゾンガスの濃度を測定する場合の、紫外線光源として低圧水銀ランプを使用すると、ウォームアップ時間が長すぎ、始動電圧が高すぎ、光源使用率が低すぎ、従来の技術では単一波長を使用すると、検出できる濃度の範囲が小さすぎるという問題を解決できるガス濃度測定装置とその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス濃度測定装置は、測定対象ガスのガス濃度を測定するためのガス濃度測定装置において、ガス出入り通路と連通することにより、そのうちの一つのチャンバーは測定対象ガスを有するガス検出チャンバーと、測定対象ガスのガス温度を検出するための温度感知素子と、測定対象ガスのガス圧力を検出するための圧力感知素子と、ガス検出チャンバーの第１の側に設けられており、第１の検出ビームと補正ビームとを発生するためのものであり、測定対象ガスは、第１の検出ビームに対する吸光度が、補正ビームに対する吸光度より大きい少なくとも一つの光源と、第１の検出ビームを第１の検出分光と第２の検出分光に分け、補正ビームを第１の補正分光と第２の補正分光に分けるためのものであり、第１の検出分光と第１の補正分光とは、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過し、第２の検出分光と第２の補正分光とは、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過しない分光素子と、を備える光源供給装置と、それぞれ、ガス検出チャンバーの第２の側と第１の側に位置する、第１の光感知素子と第２の光感知素子を少なくとも備え、それぞれ、第１の検出ビームの第１の検出分光の光強度と第２の検出分光の光強度を測定することにより、測定対象ガスの第１の検出濃度を算出し、そして、それぞれ、補正ビームの第１の補正分光の光強度と第２の補正分光の光強度を測定することにより、測定対象ガスの補正濃度を算出し、第１の検出濃度から補正濃度を差し引いた後、測定対象ガスのガス濃度を得られる光検知装置と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るガス濃度測定装置は、前記ガス出入り通路の両端は、それぞれ、通路ガス入口と通路ガス出口であり、前記通路ガス入口は前記測定対象ガスの入口であり、前記通路ガス出口は前記測定対象ガスの出口であり、前記ガス検出チャンバーは、前記チャンバーを有する中空チャンバー本体であり、前記中空チャンバー本体の両端は、それぞれ、検出ガス入口と検出ガス出口を有し、前記検出ガス入口と前記検出ガス出口とは、中空チャンバー本体の前記チャンバーと連通し、前記測定対象ガスは、前記ガス検出チャンバーの前記中空チャンバー本体の前記チャンバーを連続的に流れる。
【０００８】
本発明に係るガス濃度測定装置は、更に、処理素子を備え、前記処理素子は、前記測定対象ガスの前記温度と、前記測定対象ガスの前記圧力と、前記第１の検出分光の前記光強度、前記第２の検出分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける光路長、及び前記測定対象ガスの吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記第１の検出濃度を算出し、前記処理素子は、更に、前記測定対象ガスの前記温度、前記測定対象ガスの前記圧力、前記第１の補正分光の前記光強度、前記第２の補正分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける前記光路長、及び前記測定対象ガスの前記吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記補正濃度を算出する。
【０００９】
本発明に係るガス濃度測定装置は、前記測定対象ガスはオゾンであり、前記光源からの前記第１の検出ビームと前記補正ビームとは、紫外線である。
【００１０】
本発明に係るガス濃度測定装置は、前記分光素子は傾斜式ビームスプリッターであり、前記分光素子により、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光は、同じ第１の光路を有し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光は、同じ第２の光路を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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