(57)【要約】【課題】  従来技術より高い時間分解能を実現し、且つ分子濃度の計測のための回路調整を簡便にする。【解決手段】超音波送信素子１６により一定の振幅の超音波を複数の異なる気体から成るガス流１０の中を一定の距離伝搬させる。伝搬して減衰した超音波を超音波受信素子１８で受信し、その受信超音波の振幅を測定する。その測定された超音波の振幅からガス流１０に含まれる１つの気体の濃度を決定する。【選択図】図１
2006242804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる気体から成る混合気体又は複数の異なる液体から成る混合液体の中の１つの所定の気体又は液体の濃度を計測する方法であって、
一定の大きさの超音波を前記混合気体又は混合液体の中へ送出するステップと、
前記超音波を前記混合気体又は混合液体の中を一定の距離伝搬させ、当該伝搬された超音波の大きさを測定するステップと、
前記の測定された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を求めるステップと
を備える方法。
【請求項２】
一連の前記ステップを間欠的又は連続的に行って、前記１つの所定の気体又は液体の濃度の変化を測定する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１つの所定の気体又は液体を種々の既知の濃度で含む前記混合気体又は混合液体を用いて、前記送出するステップ及び測定するステップを実行して、前記伝搬された超音波の大きさを測定して、当該測定された超音波の大きさを前記１つの所定の気体又は液体の濃度に対して予め較正するステップを更に含む請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記異なる気体又は液体の数が２である請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記混合気体又は混合液体が流体である請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
複数の異なる気体から成る混合気体又は複数の異なる液体から成る混合液体の中の１つの所定の気体１つの液体の濃度を計測する装置であって、
一定の大きさの超音波を前記混合気体又は混合液体の中へ送出する超音波送出手段と、
前記超音波送出手段から一定の距離離れた位置に配置された超音波受信手段であって、前記超音波送出手段と当該超音波受信手段との間に介在する前記混合気体又は混合液体の中を伝搬して減衰した超音波を受信する超音波受信手段と、
前記超音波受信手段で受信された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を決定する濃度決定手段と
を備える装置。
【請求項７】
前記超音波受信手段が、超音波を間欠的又は連続的に送出し、
前記超音波受信手段が、間欠的又は連続的に送出された超音波を受信し、
前記濃度決定手段が更に、間欠的又は連続的に受信された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度の変化を決定する
請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記濃度決定手段は、
前記１つの所定の気体又は液体を種々の既知の濃度で含む前記混合気体又は混合液体について、前記装置を用いて、前記伝搬された超音波の大きさを測定して、当該測定された超音波の大きさを前記１つの所定の気体又は液体の濃度に対して較正する較正手段を予め含み、
前記超音波受信手段で受信された超音波の大きさを、前記較正手段を用いて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を決定する請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】
前記異なる気体又は液体の数が２である請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記混合気体又は混合液体が流体である請求項６から９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気体又は液体中の気体又は液体の濃度計測方法及び装置に関する。本発明は、化学プラント、エンジン、さらに汚濁検出などの液体・気体を問わず静止体及び流体の分子濃度及びその変化の高時間分解能、高精度計測を行うことが要求される分野（例えば、水素ガスの漏洩検知など）に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、気体の分子濃度及びその変化を計測する手法としては、物質の誘電率の計測を行う「誘電緩和法」、または物質の化学的な性質によりカラムを通過する時間の違いにより物質を判別するガスクロマトグラフ、または電磁波の吸収分布の計測を行う「吸収スペクトル計測」がある。
【０００３】
これらの計測方法では、気体分子の種類から濃度まで正確に計測することができるが、装置が複雑となり、高時間分解能・高精度濃度及びその変化の検出能力を持たない。
また、電圧変化が計測に使用する演算増幅器のスルーレート以上の電圧変化を持つような超音波生成信号に応じて超音波を送信し、その超音波を測定対象領域の気体中を通過させ、その通過後の超音波を電気信号に変換して超音波受信信号を生成し、上記超音波生成信号および当該超音波受信信号を上記演算増幅器で増幅し、その増幅で得られた送信側三角波および受信側三角波をそれぞれ所定の閾値電圧と比較して、所定の閾値電圧以上、あるいは以下となる時点を検出し、その所定の閾値電圧以上、あるいは以下となる時点同士の時間差分、即ち通過した超音波の到達時間差を計測することで、気体の濃度（平均分子量）の計測を行う手法を本出願の共同出願人の一人は提案した（特許第３５８４２９０号公報参照）。
【特許文献１】特許第３５８４２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許第３５８４２９０号公報に開示された手法では、５００マイクロ秒程度の時間分解能をもつが、それ以上の高い時間分解能の実現は困難であった。また、非常に短い時間差の計測をアナログ回路で行っているため回路調整を行う必要があったが、アナログ回路故にこの回路調整を簡便に扱うことが困難であった。
【０００５】
従って、本発明の課題は、従来技術より高い時間分解能を実現し、且つ分子濃度の計測のための回路調整を簡便にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記課題は、複数の異なる気体から成る混合気体又は複数の異なる液体から成る混合液体の中の１つの所定の気体又は液体の濃度を計測する方法であって、一定の大きさの超音波を前記混合気体又は混合液体の中へ送出するステップと、前記超音波を前記混合気体又は混合液体の中を一定の距離伝搬させ、当該伝搬された超音波の大きさを測定するステップと、前記の測定された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を求めるステップとを備える本発明の方法により解決される。
【０００７】
本発明の一局面によれば、一連の前記ステップを間欠的又は連続的に行って、前記１つの所定の気体又は液体の濃度の変化を測定することが好ましい。
本発明の別の局面によれば、本発明の方法は、前記１つの所定の気体又は液体を種々の既知の濃度で含む前記混合気体又は混合液体を用いて、前記送出するステップ及び測定するステップを実行して、前記伝搬された超音波の大きさを測定して、当該測定された超音波の大きさを前記１つの所定の気体又は液体の濃度に対して予め較正するステップを更に含むことが好ましい。
【０００８】
本発明の更に別の局面によれば、本発明の方法は、前記異なる気体又は液体の数が２であることが好ましく、また前記混合気体又は混合液体が流体であることが好ましい。
本発明の上記課題は、複数の異なる気体から成る混合気体又は複数の異なる液体から成る混合液体の中の１つの所定の気体１つの液体の濃度を計測する装置であって、一定の大きさの超音波を前記混合気体又は混合液体の中へ送出する超音波送出手段と、前記超音波送出手段から一定の距離離れた位置に配置された超音波受信手段であって、前記超音波送出手段と当該超音波受信手段との間に介在する前記混合気体又は混合液体の中を伝搬して減衰した超音波を受信する超音波受信手段と、前記超音波受信手段で受信された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を決定する濃度決定手段とを備える本発明の装置により解決される。
【０００９】
本発明の一曲面によれば、前記超音波受信手段が、超音波を間欠的又は連続的に送出し、前記超音波受信手段が、間欠的又は連続的に送出された超音波を受信し、前記濃度決定手段が更に、間欠的又は連続的に受信された超音波の大きさに基づいて前記１つの所定の気体又は液体の濃度の変化を決定することが好ましい。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、前記濃度決定手段は、前記１つの所定の気体又は液体を種々の既知の濃度で含む前記混合気体又は混合液体について、前記装置を用いて、前記伝搬された超音波の大きさを測定して、当該測定された超音波の大きさを前記１つの所定の気体又は液体の濃度に対して較正する較正手段を予め含み、前記超音波受信手段で受信された超音波の大きさを、前記較正手段を用いて前記１つの所定の気体又は液体の濃度を決定する異が好ましい。
【００１１】
本発明の更に別の局面によれば、本発明の装置は、前記異なる気体又は液体の数が２であることが好ましく、また前記混合気体又は混合液体が流体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の装置及び方法は、測定対象の混合気体の中を伝搬して減衰した超音波を受信して、その受信超音波の大きさを測定するので、原理的には超音波の周波数の半分の時間で測定でき、例えば、４００ＫＨｚの超音波を用いた場合、５マイクロ秒という非常に高い時間分解能を得ることが可能である。
【００１３】
また、受信超音波の大きさを測定するだけでよいので、分子濃度の計測のための回路調整も殆ど必要ない程度に簡便である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
初めに、図１を参照して本発明の原理を説明する。図１は、チャンバー内のガスの分子濃度を測定することに本発明を適用した場合の構成を概略的に示す。ガス流１０はチャンバー１２内で矢印１４の方向に流れる。矢印１２で示すこのガス流１０の流れる方向に対して直交する方向にあるチャンバー１２の両端の壁の一方に超音波送信素子１６が設けられ、また他方の壁に超音波送信素子１６に対向するように超音波受信素子１８が設けられている。超音波送信素子１６と超音波受信素子１８の距離は一定に保たれている。超音波送信素子１６から送信された超音波は、ガス流１０の中を矢印２０が示す方向に伝搬或いは通過して、超音波受信素子１８で受信される。ガス流１０の中を伝搬する超音波は、ガス流での伝搬距離と同じ伝搬距離の真空中を伝搬する場合に比して、ガス流１０のため減衰する。従って、ガス流１０が存在する場合には、超音波受信素子１８で受信される超音波の大きさは、超音波送信素子１６から送出される超音波の大きさよりガス流１０に起因する減衰分だけ小さい。一般的に、その減衰量は、ガス流１０（より一般的に静止状態の気体を含む）の平均分子量が大きいほど大きい。即ち、超音波受信素子１８で受信される超音波の大きさは、気体の平均分子量が大きいほど小さくなる。
【００１５】
ここで、例えば、ガス流１０が空気と窒素ガスから成るとして、窒素ガス（空気に含まれる窒素分を除く）の分子濃度（平均分子量における）が測定対象とすると、超音波受信素子１８で受信される超音波の大きさは、窒素ガスの分子濃度が高くなる程小さくなる。それは、酸素の方が窒素より分子量が大きく、空気は気体の酸素と窒素の混合であり、そのため窒素ガスの分子濃度が高くなるとガス流１０の平均分子量が小さくなるからである。従って、種々の既知の分子濃度の窒素ガスを含むガス流１０を用いて、超音波受信素子１８により受信された超音波の大きさを予め測定し、当該測定された超音波の大きさと窒素ガスの分子濃度との間の関係（又は変換）を較正しておけば、未知の窒素ガスの分子濃度を含むガス流１０について、超音波受信素子１８により受信された超音波の大きさを測定し、上記較正を用いて、未知の窒素ガスの分子濃度を求めることができる。なお、上記較正は、較正曲線、較正表、較正（又は換算）式のいずれの形式であってもよい。
【００１６】
また、予め較正しなくても、超音波受信素子１８により受信された超音波の大きさの時間的変化を測定すれば、窒素ガスの分子濃度の変化を得ることができる。
以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１７】
図２は、本発明の好適な一実施形態の超音波発生回路３０の概略的構成を示す回路図である。図２の超音波発生回路３０は、図１における超音波送信素子１６に対応する。超音波発生回路３０は、電気信号発振部３２及び超音波発振部３４を含む。電気信号発振部３２は、発振及び分周機能を有する発振・分周回路３６、抵抗群３８、及び抵抗群３８のうちの抵抗を選択して分周比を指定するスイッチ群４０を含む。超音波発振部３４は、超音波振動子４２、及びその超音波振動子４２に電圧を印加するための駆動回路４４を含み、この駆動回路４４は駆動トランジスタ４６を含む。
【００１８】
発振・分周回路３６は、１２．８ＭＨｚで発振し、スイッチ群４０のスイッチの選択により、４００ＫＨｚ又は８００ＫＨｚの発振周波数の電気信号を出力するよう構成されている。
【００１９】
駆動トランジスタ４６は、電気信号発振部３２から出力された電気信号、例えば、４００ＫＨｚの電気信号により駆動、即ちスイッチングされ、その駆動トランジスタ４６のスイッチング状態に応じた電圧が超音波振動子４２に印加されて、超音波振動子４２は、４００ＫＨｚの超音波を発生する。この４００ＫＨｚの超音波は、超音波振動子４２から図１に示されるガス流１０に向けて送出される。なお、４００ＫＨｚの超音波を発生させる場合には、超音波振動子４２として４００ＫＨｚ用のものを用い、８００ＫＨｚの超音波を発振させ、送出する場合には、８００ＫＨｚ用のものを用いる。従って、８００ＫＨｚの超音波を発生するときには、８００ＫＨｚ用の超音波振動子を用い、そしてスイッチ群４０のスイッチの選択により、電気信号発振部３２が８００ＫＨｚの発振周波数の電気信号を発生するようにする。また、本発明は、超音波発生回路３０を上記のように複数の発振周波数の超音波を発生するように構成することは必ずしも必要でなく、１つの発振周波数の超音波を発生する構成でよい。
【００２０】
超音波発生回路３０、電気信号発振部３２及び超音波発振部３４は、当該技術分野における通常の回路形式のものであり、良く知られているので、これ以上の詳細な説明をしない。そして、本発明においては、超音波発生回路３０はいずれかの回路形式に限定されるものではなく、任意の回路形式でよい。
【００２１】
図３は、本発明の好適な一実施形態の超音波受信及び分子濃度出力回路５０の概略的構成を示す回路図である。超音波受信及び分子濃度出力回路５０は、図１に示す超音波受信素子１８に対応する。超音波受信及び分子濃度出力回路５０は、超音波受信部５２、ハイパスフィルタ５４、増幅部５６、整流部５８、ピーク・ホール部６０及び判定部６２を含む。超音波受信部５２は、超音波を受信するための超音波振動子６４を含む。図３は、４００ＫＨｚの超音波を受信する超音波受信及び分子濃度出力回路５０を示し、この場合超音波振動子６４は４００ＫＨｚ用のものである。超音波受信及び分子濃度出力回路５０が８００ＫＨｚの超音波を受信する場合には、超音波振動子６４として８００ＫＨｚ用のものが用いられる。
【００２２】
図４は、図２の超音波発生回路３０から送出、即ち送信される超音波の送信波、及び図３の超音波受信及び分子濃度出力回路５０の主要部における信号の状態を表す。なお、図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、超音波を示しているが、電気信号に換算した形、即ちその振幅を電圧で表記してある。超音波発生回路３０における超音波発振部３４の超音波振動子４２からは、図４の（Ａ）に示す、極めて雑音成分が少ない正弦波状の超音波７０が送信される。超音波７０は、図１に示すガス流１０の中を伝搬するとき、ガス流１０により減衰させられて、超音波７０より大きさが小さい受信波７２が、超音波受信及び分子濃度出力回路５０における超音波受信部５２の超音波振動子６４で受信される。ガス流１０の分子量は時間的に揺らいでいるので、受信波７２の波形は、図４の（Ｂ）に示されるように揺らぎ成分が重畳されている。
【００２３】
超音波受信部５２の超音波振動子６４で受信された超音波の受信波７２は、超音波受信部５２で電気信号に変換され、ハイパスフィルタ５４で揺らぎ成分が除去され、次いで、増幅部５６で増幅される。増幅された電気信号は、整流部５８のダイオードにより半波整流され、図４の（Ｃ）に示されるような波形が得られる。なお、この整流は、全波整流でもよい。半波整流された電気信号は、ピーク・ホール部６０でピーク・ホールドされて、ピーク・ホール部６０の出力（即ち図３に示すＡ点）に図４の（Ｄ）に示すような波形７６が得られる。波形７６のピーク電圧値は、受信された超音波７２の大きさ、詳細には超音波７２の振幅の大きさを表し、従って、ガス流１０の中の測定対象ガスの濃度（又は平均分子量）を表すことになる。
【００２４】
なお、図３に示す判定部６２は、波形７６のピーク電圧値が所定のスレッショルド電圧（ガス流１０に含まれる測定対象ガスの所定のスレッショルド濃度に対応）を越えたとき、ガス流１０中の測定対象ガスが所定のスレッショルド濃度より多く存在することを知らせる情報をオン／オフで出すもので、判定部６２は、用途に応じて任意に設け得るものである。
【００２５】
また、超音波受信及び分子濃度出力回路５０、超音波受信部５２、ハイパスフィルタ５４、増幅部５６、整流部５８及びピーク・ホール部６０は、当該技術分野において通常の回路形式のものであり、良く知られているので、これ以上の詳細な説明をしない。そして、本発明においては、超音波受信及び分子濃度出力回路５０はいずれかの回路形式に限定されるものではなく、任意の回路形式でよい。
【００２６】
図５は、時間当たりの流量を同一にしたまま高速に気体を切り替えることができる気体供給システムを、図１ないし図３に示す本発明の好適な実施形態によるチャンバー内のガスの分子濃度を測定する装置に用いた場合の構成を示す。図５に示される参照番号で図１ないし図３に示される参照番号と同一のものはそれらの図における同一の参照番号により示される構成要素を示す。気体供給システム８０は、切り替え用電磁弁を適宜調節することにより、流量を同一にしたままガス流１０に含まれる窒素ガスの分子濃度を０％（即ち、空気のみ）から１００％（即ち、窒素ガスのみ）まで任意に変えられるよう構成されている。
【００２７】
図５に示す気体供給システムを用いて、本発明をガスの分子濃度の測定に適用した図１ないし図４に示す装置の気体分離性能を確かめる実験を行った。本実験においては、超音波送信素子１６（又は送信側超音波振動子４２）と超音波受信素子１８（又は受信側超音波振動子６４）の距離は３ｍｍとし、空気（分子量２８．８）と窒素（分子量２８）の濃度及びその変化の検出を行った。詳細には、気体供給システム８０の切り替え用電磁弁で空気のみ（空気１００％）、即ち窒素０％のガス流１０にしておき、次いで、切り替え用電磁弁を切り替えて、ガス流１０を窒素のみ（窒素１００％）にして、窒素のみを４００ミリ秒間流し、再び切り替え用電磁弁を切り替えて空気のみ（空気１００％）、即ち窒素０％のガス流１０に戻した。
【００２８】
図６は、上記実験の結果を示す。図６に示す信号出力の曲線１００は、図３に示す超音波受信及び分子濃度出力回路５０のピーク・ホール部６０のＡ点における出力信号である。図６における、参照番号１０２で示すバーは、気体供給システム８０の切り替え用電磁弁で窒素に切り替えている期間を示し、バー１０２のＳは電磁弁が窒素に切り替えた時点を、Ｅは電磁弁で空気に切り替えた時点を表す。図６に示す信号出力の曲線には、気体の分子の揺らぎによる変動が見られる。Ｓ／Ｎ比を測定した結果８０ｄＢと、４２ｄＢ程度である特許文献１に開示の装置に比べて高いＳ／Ｎ比が得られた。図６から高いＳ／Ｎ比の出力が得られていることが分かる。気体供給システム８０は、高速で気体を切り換えることができる構造になっているが、気体供給システム８０からガス流１０が超音波を横切る地点まで距離があるために電磁弁による気体の切り替え時点とその変化による超音波の受信レベルの変化時点との間には約１００ｍｓ程の遅れがある。従って、曲線１００の立ち上がりがやや遅れ、即ち、電磁弁を窒素に切り替えた時点Ｓから約１００ｍｓ程遅れて立ち上がり、更に、図６のグラフから、その後、窒素によってチャンバー１２内が満たされていく様子（参照番号１０４参照）も確認することができる。チャンバー１２内に窒素しか無い状態ではフラットな領域１０６が見られ、チャンバー１２が窒素に満たされた状態で安定していることが解る。また、再び空気に切り替わる際のリアルタイムな分子濃度の変動をリアルタイムに確認することができる（参照番号１０８参照）。また、出力信号の電圧値は、空気（分子量２８．８）の方が窒素（分子量２８）より小さく、平均分子量が大きい気体の方が小さい気体よりそれらを通過する減衰量が大きいことがわかる。
【００２９】
このように、窒素と空気の混合気体から成るガス流１０における窒素又は空気の分子濃度の変化を測定することができる。また、窒素（又は空気）の既知である種々の分子濃度を持つガス流１０で、予め、上記出力信号を測定し、その出力信号特性を対応する既知の分子濃度で較正しておけば、絶対濃度を測定することができる。本発明においては、当該較正は、グラス、表、換算式等、出力信号から分子濃度が換算できればいずれのものでよい。本発明の装置が、例えばマイクロプロセッサを含むようにして、当該マイクロプロセッサにこのような較正手段を組み込むようにしてもよい。
【００３０】
また、例えば、チャンバー１２内にガス流１０を流入させた後で、チャンバー１２の出入り口を閉じ静止状態で測定することにより静止状態の混合気体の所望の成分気体の分子濃度を測定することができる。本発明は、静止状態の混合気体の生成は、いずれの方法、手段にも依存せず、いずれの要領であってもよい。
【００３１】
図７は、酸素ならびに窒素の混合比を変えた混合気体に対しての本発明のセンサ、即ち図１〜図３に示す本発明の装置の出力信号が超音波の周波数を変えた場合に変化することを示す図である。図７において、参照番号１２０は、超音波振動子４２及び６４として２００ＫＨｚ用のものを用い、電気信号発振部３２で２００ＫＨｚの電気信号を発振させて、２００ＫＨｚの超音波を超音波発振部３４から発射した場合の出力信号（図３の超音波受信及び分子濃度出力回路５０のピーク・ホール部６０のＡ点の出力）の変化を示し、また参照番号１２２は、超音波振動子４２及び６４として４００ＫＨｚ用のものを用い、電気信号発振部３２で４００ＫＨｚの電気信号を発振させて、４００ＫＨｚの超音波を超音波発振部３４から発射した場合の出力信号（図３の超音波受信及び分子濃度出力回路５０のピーク・ホール部６０のＡ点の出力）の変化を示す。なお、発射する超音波の周波数の違いによる出力信号の変化、即ち感度の違いが分かり易いように、図７は、２００ＫＨｚと４００ＫＨｚの場合出力信号の電圧を相対化し、即ち、酸素濃度１０％のときに同じ電圧に合わせて、相対電圧差で示してある。図７から、出力信号が混合比に対してリニアに変化していることがわかる。これは、測定対象の気体、ここではガス流１０を照射する、即ちその中を伝搬する超音波の周波数が上がるほど、気体の平均分子量の検知感度が上がることを意味する。
【００３２】
特許文献１に開示された装置では、非常に短い時間差を計測するアナログ回路が必要であったが、本発明では、受信した超音波の大きさ、上記実施形態においては超音波の振幅を検出するだけでよく、従ってチューイングが容易で、安定に測定することができ、また信号処理系を簡便にすることができる。この簡便な信号処理系及び前述の高いＳ／Ｎ比が得られることから、精度の高い分子濃度計測が可能となり、従って高い汎用性を持つ手法となっている。
【００３３】
時間分解能の精度に関しては、図３に示すピーク・ホール部６０、又はサンプルアンドホールド素子等を利用することで、超音波の送信周波数の半分、例えば、４００ＫＨｚの周波数を用いた場合１／（４００ｋ／２）＝５マイクロ秒までの時間分解能を原理的に得ることができ、特許文献１に開示された装置の５００マイクロ秒のオーダに比して著しく高い時間分解能が得られる。その結果、分子濃度を高速に測定することが可能となる。
【００３４】
送信部（超音波送信素子１６）と受信部（超音波受信素子１８）との間が距離が数ミリメートル（上記実施形態では３ｍｍ）と超音波が通過する測定対象の混合気体の幅が非常に小さくても分子濃度を計測することができる。
【００３５】
上記実施形態では、測定対象の混合気体の中を伝搬し、その中で減衰した超音波の振幅を測定しているが、本発明は、当該超音波の大きさを表す、例えば超音波のパワー等のいずれのパラメータを測定してもよい。
【００３６】
本発明の好適な実施形態を、測定対象として気体を例にして上記で説明したが、本発明は、気体に限定されるものではなく、同様の構成で、複数の異なる液体から成る混合液体について流体状態或いは静止状態に関係なく測定対象とすることができる。概略すると、複数の異なる液体から成る混合液体に対して、一定の大きさの超音波を当該混合液体の中を伝搬させて減衰させ、その減衰した超音波の大きさ（例えば、振幅）或いはその変化を測定して、混合液体中の１つの所定の液体の濃度或いはその変化を測定すればよい。
【００３７】
本発明は、測定対象の混合気体又は混合液体に含まれる成分の気体又は液体が３つ以上でも、濃度を測定すべき１つの気体又は液体に対して残りの複数の気体又は液体の混合比等の物理的条件が同じであれば、上記１つの気体又は液体の濃度又はその変化を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、チャンバー内のガスの分子濃度を測定することに本発明を適用した場合の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の好適な一実施形態の超音波発生回路３０の概略的構成を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明の好適な一実施形態の超音波受信及び分子濃度出力回路５０の概略的構成を示す回路図である。
【図４】図４は、図２の超音波発生回路３０から送出、即ち送信される超音波の送信波、及び図３の超音波受信及び分子濃度出力回路５０の主要部における信号の状態を表す図である。
【図５】図５は、時間当たりの流量を同一にしたまま高速に気体を切り替えることができる気体供給システムを、図１ないし図３に示す本発明の好適な実施形態によるチャンバー内のガスの分子濃度を測定する装置に用いた場合の構成を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す気体供給システムを用いて、本発明をガスの分子濃度の測定に適用した図１ないし図４に示す装置の気体分離性能を確かめる実験を行った結果を示す図である。
【図７】図７は、酸素ならびに窒素の混合比を変えた混合気体に対しての図１〜図３に示す本発明の装置の出力信号が超音波の周波数を変えた場合に変化することを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ガス流
１２  チャンバー
１６  超音波送信素子
１８  超音波受信素子
３０  超音波発生回路
３２  電気信号発振部
３４  超音波発振部
３６  発振・分周回路
４０  スイッチ群
４２  超音波振動子
４４  駆動回路
４６  駆動トランジスタ
５０  超音波受信及び分子濃度出力回路
５２  超音波受信部
５４  ハイパスフィルタ
５６  増幅部
５８  整流部
６０  ピーク・ホール部
６２  判定部
８０  気体供給システム８０
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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