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公開番号2025117578
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2025030016
出願日2025-02-27
発明の名称NDIRフレオンセンサ
出願人フィガロ技研株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 21/3504 20140101AFI20250804BHJP(測定;試験)
要約
【構成】 NDIRフレオンセンサは、MEMSヒータを有する光源と、サーモパイルと、バンドパスフィルタと、光源とサーモパイル及びバンドパスフィルタを収容する光学セル、とを備える。光源はMEMSヒータの表面に黒体膜を備え、かつ黒体膜と光源の外部との間に気密な窓が無い。サーモパイルはサーモパイルの温接点を覆う黒体膜を備え、バンドパスフィルタは透過中心波長が9μm付近である。
【効果】フレオンを高感度で検出できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＭＥＭＳヒータを有する光源と、サーモパイルと、バンドパスフィルタと、光源とサーモパイル及びバンドパスフィルタを収容する光学セル、とを備え、
前記光源は、ＭＥＭＳヒータの表面に黒体膜を備え、かつ前記黒体膜と光源の外部との間に気密な窓が無く、
前記サーモパイルはサーモパイルの温接点を覆う黒体膜を備え、
前記バンドパスフィルタは透過中心波長が９μｍ付近である、ＮＤＩＲフレオンセンサ。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記光源の黒体膜とサーモパイルの黒体膜はいずれも、膜厚が1μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１のＮＤＩＲフレオンセンサ。
【請求項３】
前記光源の黒体膜とサーモパイルの黒体膜はいずれも、貴金属ブラックの膜、黒色の貴金属メッキ膜、黒色Ｃｒ膜、黒色無電解ニッケル膜、黒色の金属酸化物粉末の膜、窒化クロムの膜、金属酸化物の積層膜、の少なくとも一員であることを特徴とする、請求項２のＮＤＩＲフレオンセンサ。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳ光源は所定の周期でオン／オフし、ＭＥＭＳ光源をオンしている際の、前記ヒータ膜の最高温度が３００℃以上５００℃以下であることを特徴とする、請求項１のＮＤＩＲフレオンセンサ。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳ光源はＰｔのヒータ膜を備え、ヒータ膜の抵抗値を測定し、測定した抵抗値に基づいてヒータ膜への投入電力を制御することを特徴とする、請求項４のＮＤＩＲフレオンセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、９μｍ付近での赤外線の吸収を用いる、ＮＤＩＲフレオンセンサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
Ｒ－３２（ＣＨ
２
Ｆ
２
）などのフレオンは、９μｍ付近にＣ－Ｆ伸縮振動による強い吸収ピークを持つ。またＣｌ原子を含むフレオンは、１０μｍ付近にＣ－Ｃｌ伸縮振動に基づく吸収ピークを持つ（特許文献１）。９μｍ付近での吸収によりフレオンを検出すると、水蒸気との干渉も、ＣＯ
２
との干渉も、さらには有機溶剤との干渉も小さくすることができる。
【０００３】
多くのＮＤＩＲ（非分散赤外）ガスセンサは、タングステンコイルをガラスバルブ内に封じたタングステンランプを用いる。しかしガラスは遠赤外線を透過しないため、９μｍ付近ではタングステンランプを用いることができない。ＮＤＩＲでの受光素子として、３～５μｍの赤外線に高感度なＩｎＳｂが用いられることが多い。しかし９μｍ付近で使用するためにはＩｎＳｂ等の化合物半導体は冷却が必要で、ペルチエ素子や液体窒素などにより化合物半導体を冷却する必要が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００３－５７１７８Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、フレオンを高感度で検出できるＮＤＩＲガスセンサを提供することに有る。この発明の補助的な課題は以下の点に有る。
１）光源に高価な窓材を必要としないこと。
２）受光素子の冷却が不要なこと。
３）フレオンの検出への水蒸気の干渉、ＣＯ
２
の干渉、及び有機溶剤の干渉を防止すること。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のＮＤＩＲフレオンセンサは、ＭＥＭＳヒータを有する光源と、サーモパイルと、バンドパスフィルタと、光源とサーモパイル及びバンドパスフィルタを収容する光学セル、とを備える。
光源は、ＭＥＭＳヒータの表面に黒体膜を備え、かつ黒体膜と光源の外部との間に気密な窓が無い。
サーモパイルはサーモパイルの温接点を覆う黒体膜を備える。
バンドパスフィルタは透過中心波長が９μｍ付近にある。
【０００７】
この発明では、図１０に示すように、従来のフレオンセンサに比べ、高感度なＮＤＩＲフレオンセンサを提供することができる。さらに、ＭＥＭＳ光源ではヒータをむき出しで使用できるので、気密を取るためにＧｅなどの高価な窓材を必要としない。ＩｎＳｂなどの半導体受光素子とは異なり、サーモパイルは９μm付近の検出でも冷却を必要としない。図１１に示すように、フレオン検出への水蒸気の干渉が小さい。また図１２に示すように、ＣＯ
２
の干渉も有機溶剤の干渉も小さい。
【０００８】
好ましくは、光源の黒体膜とサーモパイルの黒体膜は、いずれも膜厚が１μｍ以上２００μｍ以下である。図８に、膜厚が約１００μmのＰｔブラック膜から成る黒体膜の効果を示す。黒体膜を設けることにより、ＭＥＭＳヒータからの９μm付近の遠赤外線光量は数倍に増加する。同様にサーモパイルの温接点に黒体を付けることで、９μm付近の遠赤外線の吸収効率も改善され感度も増加する。１００μmの黒体膜で大きな効果が得られるので、光源の黒体膜とサーモパイルの黒体膜は、いずれも膜厚が1μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０～２００μm、特に好ましくは５０～２００μmとする。なお膜厚１μmは、スパッタリングなどの薄膜プロセスで黒体膜を成膜する場合に相当する。
【０００９】
好ましくは、光源の黒体膜とサーモパイルの黒体膜はいずれも、貴金属ブラックの膜、黒色の貴金属メッキ膜、黒色Ｃｒ膜、黒色無電解ニッケル膜、黒色の金属酸化物粉末の膜、窒化クロムの膜、金属酸化物の積層膜、の少なくとも一員である。これらの材料は黒体の材料として知られており、Ｐｔブラックで良い黒体膜が得られたので、これらの材料でも良い黒体膜が得られる。
【００１０】
好ましくは、ＭＥＭＳ光源は所定の周期でオン／オフし、ＭＥＭＳ光源をオンしている際の、ヒータ膜の最高温度は３００℃以上５００℃以下である。図８は、ヒータ温度を４００℃とした際の、光量を示す。９μm付近での測定なので、最高温度が４００℃よりも低い光源でも、フレオンを検出できる。また最高温度を低くすることは、消費電力を小さくし、かつヒータの熱的劣化を小さくする上で有効である。
（【００１１】以降は省略されています）

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