CN100480676C - 气体分析设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体分析设备(1)，包括：容纳气体试样(“G”)的腔室(20)，光发射装置(3)，用于接收通过腔室反射的光的装置(4)，用于计算的电子电路(5)，电子电路可调整以通过光谱分析来分析和确定腔室(20)中以试样(“G”)存在的选择气体或混合气体的存在。所述腔室提供一或多个用于气体进出所述腔室的孔。所述腔室设置为稍微有点弯曲的形状，具有在所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)间延伸的至少一个凹曲的光反射表面(30b)。所述孔(30)定位于在所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)间的有限连续区域上，并且所述孔(30)设置有大小和长度范围，为腔室(20)中的试样(“G”)与另一种气体试样提供快速被动交换。

Description

气体分析设备

技术领域

本发明总体涉及一种气体分析设备，尤其是这样的一种设备，该设备包括：围绕或者容纳气体试样的腔室，光发射装置，接收通过腔室的壁反射的光的装置，以及一个电子电路，该电路是可调整的使得在其它功能中能够相对于发射的光依据光谱分析来分析接收的光，并且以这样的方式确定一种选择气体和/或者混合气体的存在和浓度，如果存在，在所述腔室中在任何时间出现。

此外，本发明基于腔室中形成的表面或壁，该表面或壁将反射发射的光，例如IR光(红外光)，具有非常有效的光反射性能。

此外，设备要求所述腔室提供或露出一个或几个孔，通常借助于扩散作用，使气体试样通过而进出所述腔室。

特别地，本发明涉及一种使用了腔室的气体分析设备，该腔室可考虑设计、成型或设置成细长的内部形状，更确切地说，腔室的总长度可调整为期望的测量长度，以便提供一种所要求的光路。

因此，邻近或靠近腔室来定位所述一个孔和/或多个孔，这样将腔室的内部空间与围住气体或混合气体的腔室连接起来，这样通过扩散，在周围气体或混合气体中发生的气体的浓度和/或混合气体的组成的变化能够改变气体试样中的气体的浓度和/或混合气体的组成，所述气体试样由腔室封闭，或者容纳在腔室中。

另外，所述腔室由多个相互作用的壁部分或者表面来限定，所述壁部分或者表面将作为限定物体存在于所述光发射装置和所述光接收装置之间。

背景技术

具有上面描述的特征的方法和设备在多个不同实施例中都是已知的。

对于选择的气体和/或选择的混合气体的存在的精确测量，和/或对于气体和/或混合气体的浓度的仔细测量，都要求在腔室内存在纵向排列的不同长度的测量路径，对于选择的气体或者混合气体，需要一个或几个这样的测量路径，并且对于随后选择的气体或混合气体，也需要一个或几个相同或者不同的测量路径。

因此，为了相关目的，对于需要的相对短测量路径的测量，使用将被称为原理(A)的第一原理是已知的，涉及导致波导概念的光反射结构。

因此，为了相关目的，对于需要的相对长的测量路径的测量，使用将被称为原理(B)的第二原理也是已知的，涉及使用反作用的椭圆形形状的镜面，借此，允许以点的形式产生的光在中心镜面上反射几次，参考想要的测量路径来选择次数的数目，以便这样提供可调整的长测量路径。

对于本领域技术人员来说，尽管原理(B)打算用于一个根据上面指定前提的应用，该应用也能够在原理(A)中实施，这是很显然的。

因此，为了简化，本发明将主要根据上面描述的原理(A)来考虑。

作为现有技术以及认为与本发明相关的技术领域的实例，该现有技术与上面描述的原理(A)相关，为了示例的目的，国际专利文件WO93/11418(国际专利申请号为PCT/US91/08822)的内容能够被提到，所述专利公开的图1也作为本申请的图1给出，并且作为一个本发明可以考虑作为基础的技术实施例。

在此提出使用一个容纳气体试样的腔室或单元10，它是可调整的，这样它能够用来做气体分析设备，该设备由长“直”管21组成，该管具有四个向内配置给壁的光反射表面22，以便这样允许该管作为波导起作用，可被调整为把来自光发射装置20的稍微有点发散的光束或光锥，不但直接而且随后反射地，引导到检测器或光接收装置16，所述光束或光锥具有选择的孔径角，并且光束中产生的光线将穿过容纳的气体试样。

特别地，在此示出的实施例中在长管21的表面或壁上设置有多个穿透孔或小孔24，通过这种方式使得紧密围绕气体或混合气体进出小室10的扩散的缓慢通过是可能的。

通过使用多个小的半透射隔膜28，尺寸大于0.1微米的烟雾和灰尘粒子被隔在小室10的外边，该隔膜的数目与小孔的数目一致，并且允许每个隔膜覆盖管中的一个孔。

在此特别公开了装置的使用，通过设置使小室中的气体试样电加热到超过试样成份的凝点温度，这样能够将来自气体的浓缩的采样分量凝结，该成分将在直管21中被估计。

特别地，在实施例中公开的设计中，18个径向设置的小孔24沿着管的四个侧面以及沿着管的整个长度均匀地分布在四条线上，每个孔具有一个过滤器。

其它实施例也属于现有技术，公开号为US5,170,064A的专利中公开和描述了一种基于红外辐射(IR辐射)的气体检测器，该检测器使用了一个腔室，该腔室设计成椭圆形或椭圆体形反射表面。

椭圆形反射面以公知的方式具有第一焦点和第二焦点。

一个焦点位于腔室4中，以便在那里容纳一种惰性气体，一个腔室3用于容纳想要分析的气体试样。

光发射装置24位于一个焦点11，光接收装置26位于第二焦点12。

两个腔室或小室2，4由透明片15彼此分开。

而且，已知的可选气体检测所使用的检测装置是基于光谱分析的，例如在公开号为US4,557,603A的专利中所公开和描述的。

公开号为US4,557,603A的专利中公开了一种气体分析设备，该设备使用了发射红外光的装置，该装置位于腔室中，腔室的内表面具有光的高反射性能。

在此特别公开，从椭圆形或椭圆体形表面以及中间平坦的表面反射的光反射装置能够在光接收装置上聚焦。

在该情况下，在腔室中形成的光辐射被在所述腔室中容纳的气体以相关频率的方式吸收是可能的，光反射装置的频率强度和在光接收装置中检测到的频率强度相比较产生所需的条件，用于能够不仅仅检测到气体和/或混合气体的存在，而且可以测量到当前气体的浓度。

如果考虑本发明的特征和需要的测量，其测量是为了能够给在此描述类型的气体分析设备提供迅速的反应时间所需要的测量，那么，采用几种测量以便减少已知气体分析的反应时间是正确的。

因此，为了增加气体分析的灵敏性并且为了减少反应时间，在分别驱动安装在侧面上的设备的帮助下，可以产生需要的条件，这是已知的，这样用于分析的气体分量能够从主气流中抽出，并且允许分开后的气体分量以选定的速度通过腔室，该腔室是用于实际测量的腔室。

对于在主气流中的气体分析设备，允许使用腔室，借此主气流的速度将决定获得的反应时间，这是已知的。

在气体分析系统中使用各种装置和方法来压缩通过腔室的气体或混合气体，由此导致这样的系统被称为“主动”系统。

允许想要分析的气体或混合气体的一部分通过扩散进入腔室，这样已知的气体分析系统被称之为“被动”系统。

关于具有在引言中描述的特征的气体分析设备的实施例，并且根据由上面指出的公开号为WO93/11418的专利说明，很显然，在该情况中沿着多条线形成和分布的小孔将给出很慢的扩散，以这种方式，气体分析设备将只能够估计延迟的、缓慢变化的平均值。这样反应时间将会非常长。

反射光束的系统也属于现有技术，在下面描述的图8中示出，其中光发射装置产生一个发散光束或光锥，这样的光束允许从凹面反射，朝向光束的接收装置会聚，以便在该装置中产生一个强的(强烈的)光发射装置的图像。

如果考虑本发明的情况，将会理解，根据图8的反射模式，在检测器形成一个不希望的光源的聚焦图像。然而，本发明旨在基于需要的条件，以便在检测器中形成光源的图像，该光源在焦点对准时，保持发散。

发明内容

技术问题

本领域技术人员必须在相应技术领域或范围中实施技术估计以便能够为提出的一个或多个技术问题提供技术方案，该技术问题不但在将要采用的步骤和测量和/或随后的步骤和测量中是最初必需的认识，而且也是需要的装置(单个或多个)的必须选择，如果考虑上述情况，那么下面本发明的发展中，将公开与此相关的技术问题。

因此，当考虑现有技术时，例如上面部分地关于国际公开号为WO93/11481的专利所描述的，能够认识到即使气体分析系统在不同应用中使用，通过试样装置创造需要的条件，能够以这种方式提供一个较短的反应时间，在不同应用中，根据类型“A”或者“被动”系统的条件是充分的，或者至少达到了现有重要程度的重要性及其优点，应该被看作是一个技术问题。

因此，技术问题还在于认识到产生在此考虑类型的气体分析系统所需要的条件，当使用将提供一个强烈的光信号的波导概念时，该光信号是一个散射物体，不需要使用透镜，依靠清晰地光源的会聚图像，不需要检测器取决于光源的一个尖锐的图象，因此这意味着适度的对准或者不需要对准，因此相对于热量、冲击、振动或者类似的影响提供了较好的稳定性，具有较长的校准间隔，这使得它在实际应用中不用维护，因此可估计与接受装置中的反射光的频率相关的光强度，它随着频率而变，并且在腔室上具有一个较大的孔，或者几个较大的孔，从而通过这种方式可以为气体或者混合气体的一个非常快的扩散性能提供所需的条件，该气体或者混合气体紧密围绕进出腔室用于形成一个测量体积。

技术问题还在于能够认识到在腔室中创造需要的条件的重要性及其优点，这样在腔室中的全部和连续反射表面的帮助下，能够发生与频率相关的光谱分析，该腔室在光发射装置和接收反射光的装置之间。

技术问题还在于能够认识到在腔室中创造需要的条件的重要性及其优点，这样在沿着已知的表面部分定向的孔的帮助下，能够使得涉及腔室的扩散时间变短，该表面是平行或者至少是基本平行于光束的传播方向定向。

技术问题还在于能够认识到允许给在所述光发射装置和所述接收反射光的装置间的腔室配置稍微有点弯曲的设计的重要性及其优点，给腔室配置一个具有凹形状的表面，该表面与配置给腔室的侧表面相同，形成全部或基本上全部需要的光反射表面，同时配置给腔室的一个孔与所述凹面相对定向。

技术问题还在于能够认识到允许所述光发射装置和所述接收反射光的装置位于使用的腔室中的凹面的两端的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到允许所述一个孔或多个孔在所述光反射装置和所述光接收装置间的单独狭窄范围上定向的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到允许给所述孔配置大小、长度和方向的重要性及其优点，所述孔将主要通过扩散为腔室中的全部气体试样与另一种全部气体试样提供快速“被动”交换。

技术问题还在于能够认识到允许以协同方式调整的所述一个和/多个孔的总表面区域覆盖位于光发射装置和光接收装置之间的腔室的总内表面的15％以上的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到允许以协同方式调整的所述孔的总表面区域覆盖位于光发射装置和光接收装置之间的腔室的总内表面的50％以下的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到允许调整所述孔的总表面区域覆盖位于光发射装置和光接收装置之间的腔室的总内表面的20-30％的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到允许配置所述孔到具有方形或等效形状的四个侧面中的一个的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到在使用一个给发散光束或光锥提供大的发散角度的光发射装置的时候产生需要的条件，使得腔室的弯曲半径可以选择小于给发散光束提供较小的发散角的光发射装置的腔室的弯曲半径的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到相对于从腔室表面到光发射装置的距离，对于给发散光束提供较大发散角的光发射装置的腔室的弯曲半径选择成小于给发散光束提供较小发散角的光发射装置的腔室的弯曲半径的重要性及其优点。

技术问题还在于能够认识到创造需要的条件，使得能够调整单个或者至少少数几个过滤器来覆盖腔室的可调整的孔的重要性及其优点。

而且，能够认识到允许分配给光束的中心线连接到切线方向，该切线是通过凹的弯曲表面定向的，并且所述表面部分位于光发射装置附近的重要性及其优点，这应该被看作是一个技术问题。

而且，能够认识到允许分配给光束的中心线相对于所述切线被分配给一个低的或小的角度的重要性及其优点，这应该被看作是一个技术问题。

此外，能够认识到产生一个强烈的聚焦光锥而不需要光发射装置的聚集图像的重要性及其优点以及相关条件，这应该被看作是一个技术问题。

而且，能够使用简单装置产生上述所需要的条件，使得产生的光束或光锥沿着凹面反射选择数目的次数能够保持为一个较低的值的能力应该被看作是一个技术问题。

方案

本发明基于在引言中描述的现有技术，其中一种气体分析设备包括容纳气体试样的腔室，光发射装置，用于接收通过腔室反射的光的装置，电子电路，电子电路可调整使得能够通过光谱分析来分析和确定在所述腔室中作为气体试样存在的选择气体或混合气体的存在和/或浓度。

本发明基于在腔室中相对并且辅助的多个表面，这些表面提供极好的光反射性能，所述腔室提供一个或多个孔，作为气体通过扩散进出所述腔室的通道。

特别地，本发明基于设置有这样形状的所述腔室，该腔室被限定在所述光发射装置和所述光接收装置之间，并且在腔室上设置所述一个孔和/或多个孔是可能的。

为了能够解决一个或多个上面提出的技术问题，本发明现在特别提出，允许在所述光发射装置和所述光接收装置间，将所述腔室和/或它的一个反射表面设置成有稍微有点弯曲的形状，并且所述一个孔和/或多个孔位于所述光发射装置和所述光接收装置间已单独限定的范围中，并且所述孔设置有大小和长度范围，能够主要通过扩散作用、主动或被动地为一种气体试样与另一种试样提供快速交换。

一个落在本发明基本原理结构中的优选实施例提出，所述光发射装置和光所述光接收装置将定位在所述腔室和/或所述光反射表面的两端。

而且，提出以协同方式调整的所述一个和/或多个孔的总表面区域覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的15％以上。

而且，提出以协同方式调整所述孔的总表面区域，以覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的50％以下。

特别提出，所述一个孔和/或多个孔的总表面区域被调整为覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的20-30％。

而且，提出孔的横截面设置为方形或者基本上是方形。

如果所述孔设置在属于方形或等同物的四个侧面中的一个上，这是一个优点。

而且，本发明提出，相对于给发散光束提供较大发散角的光发射装置，给腔室所设置的弯曲半径可以选择小于给发散光束提供较小发散角的光发射装置所设置的半径。

相对于从腔室表面到光发射装置的距离，对于给发散光束提供较大发散角的光发射装置的腔室的弯曲半径选择成小于给发散光束提供较小发散角的光发射装置的腔室的弯曲半径。

单个过滤器适用于覆盖单个孔，这是提出的一个优点。

此外还提出，光束的中心线或中心光线可被调整，以连接到通过凹的弯曲光反射表面和通过位于靠近光发射装置的部分表面的切线方向。

光束的中心线具有相对于所述切线的小角度。

特别地，光束的中心线具有相对于所述切线在10°以内的角度值是很可能的。

在所述接收反射光的所述装置中产生强烈聚焦光束或光锥，而不产生光发射装置的直接图像。

在光发射装置产生的光束或光锥例如它的中心光束或光线可被调整，以便在它撞击到光接收装置之前在凹面中反射几次，选择中心光线的反射次数小于8，例如选择反射次数在3到5之间。

优点

能够主要作为本发明的特性以及通过这种方式提出的特别重要的特征的优点在于，通过这种方式能够创造出需要的条件，从而可以提供一种具有特殊设计的腔室的气体分析系统，并从而可以容纳想要分析的气体，该腔室适于在被动系统中适当的应用。

通过一个或少数几个腔室中的大孔，在腔室周围的气体或混合气体的扩散可以以较快的速度产生。

腔室配置有稍微弯曲的形状，以便这样在光发射装置和接收反射光的装置之间形成凹的光接收表面。

通过沿着凹面的反射，一个强烈的聚焦光束或光锥出现在接收反射光的装置，不需要光发射装置的聚焦图像，并且选择弯曲光反射表面中的反射点的数目，这样图像不会产生任何依靠时间的显著变化。

接收反射光的装置连接到一个电子电路，该电路是可调整，能够通过光谱分析来估计选择的气体或混合气体的存在和/或容纳的气体或混合气体的浓度，并且当数值变得很高的时候，提供一个视觉或听觉信号给报警单元。

可以认为，在附属的权利要求1的特征部分中给出了本发明设备的技术特征。

附图描述

为了示例的目的，一个展示了本发明显著特征的设备的当前提出的实施例将参照附图被更详细地描述，在附图中：

图1示出了根据国际专利公开号为WO93/11418的图1的现有技术；

图2示出了根据本发明的气体分析设备的第一实施例的侧视图和剖视图；

图3示出了使用的腔室所选择的横截面的第一实施例；

图4示出了使用的腔室所选择的横截面的第二实施例；

图5示出了使用的腔室所选择的横截面的第三实施例；

图6示出了根据图3的从下侧并且过滤器被移走的第一实施例；

图7示出了根据图3的从下侧、过滤器被移走，并且具有一个如图6中所示的成形孔的可选择的设计的第一实施例；

图8意在图示现有技术，其中一个光发射装置适于发出一个光束或者光锥到一个圆弧形的凹面镜表面上，在那里以接收反射光的方式，产生具有一个较高光强度的光发射装置聚焦的图象；

图9意在图示一个根据本发明的实际的边界线情况，其中一个光发射装置适于发出一个光束或者光锥到一个圆弧型式的凹面镜表面上，在那里以接收反射光的形式，产生具有较高光强度的光发射装置的稍微有点散射的图象，通常在使用时只有两个反射表面或者反射点；

图10为了图示一个根据本发明的更适合的情形，其中光发射装置适于发出一个小入射角的光束或者光锥到一个圆弧型式的凹面镜表面上，并且在那里以接收反射光的形式，产生具有较高光强度的光发射装置的另一散射图象，通常在使用时具有四个或者五个反射表面或者反射点；

图11示出了根据图10的实施例的放大视图，其中靠近圆弧形式反射凹面端部截面的光发射装置的位置是清楚的；和

图12示出了根据图2和3的一个可选择实施例的透视图。

具体实施方式

参照图1，示出了气体分析设备的一个已知的实施例，从该实施例本发明的设备可以作为一个改进。

国际专利公开号为WO93/11481的内容作为参考用于更详细地描述根据图1的设备。

然而，这里应该指出的是气体分析设备1包括容纳有气体试样的腔室2，光发射装置3，接收通过腔室2反射的光的装置4，以及一个可调整的电子电路，这样能够以一种公知的方式使用频率分析来分析和确定在所述腔室2中的选择的气体和/或混合气体的存在和浓度。

所述腔室中的四个向内的表面以一种公知的方式提供光反射性能。然而应该指出，光反射性能将由设计的孔限制。

所述腔室2提供较少数目的孔，所述孔位于四条线上，每条线沿着四个侧面中的一个，构造成为成对的圆形孔6，以及垂直的成对的圆形孔7，这些孔可以调整以便为气体试样提供通过扩散进出所述腔室的通道。

所述腔室2还具有一个细长狭窄的形状，并且所述圆形孔位于腔室中，位于所述光发射装置3和所述光接收装置4之间。

孔的总表面区域适于包括大约10％的腔室的总外表面，并且通过这种方式可以设想为由装置4接收的光的强度提供了一个等值的减少。

首先应该清楚，在下面的对现在提出的实施例的描述中，我们选择专用名词和特殊的技术术语，主要为了使本发明的新颖性观点变得清晰。该实施例显示了本发明的显著的特征并且在所附的附图中进行描述。

然而，在上下文中应该考虑，在此所选择的表达不能被认为仅仅限制为在此所选择和使用的术语，而应该理解为每个这样的术语以相同的方式，或者基本上是相同的方式覆盖了所有的技术等同物，以便通过这种方式获得相同的目的和/或技术效果，或者基本上相同的目的和/或技术效果。

参照图2，示意地示出了本发明的基本前提，通过提出的将在下面详细描述的实施例，图中本发明的关于腔室形状的显著特征、光发射装置的位置和接收反射光的装置的位置是清楚的。

因此图2示出了一种气体分析设备1，其具有一个大致上与图1所示的等同的结构，因此相同部件具有相同的附图标记。

气体分析系统1包括容纳有气体试样的腔室20，光发射装置3，接收通过腔室20反射的光的装置4，以及电子电路5，电子电路5可调整以便能够通过光谱分析来分析和确定在所述腔室20中以气体试样“G”表示的所选择气体和/或混合气体的存在和浓度。

电子电路5还可以包括一个简单比较器，以便在比较器中实施瞬时值与存储的限定值的电子比较，这样当确定的瞬时值超过存储的限定值时光学或者声学电路被激活。

为了简化的目的，根据图2的实施例示出了去除属于腔室的面对读者的一部分壁，以便能够通过这种方式图示出光束或光线路径。

根据图2，计算电子电路5还包括一个表5a，其中存储了选择的气体和/或混合气体的多个选择的限定值，以及一个比较器电路，因此当计算电路5中的所选择气体和/或混合气体的瞬时值超过存储在表中的限定值时，一个光学的或者声学的报警电路6以已知的方式激活。

腔室20选择的横截面的不同实施例在图3、4和5中示出，图3示出了邻近光发射装置3的正方形的横截面，图4示出了椭圆形横截面的一部分，图5示出了圆形横截面的一部分。

对于根据图3的实施例，下列是有效的，表面30a、30b和30c提供非常高的光反射性能，其中表面30a和30c彼此直接相对并且彼此平行定向。

对于图4，部分椭圆表面40a提供了光反射性能，对于图5，部分圆形表面50a提供光反射性能。

这些实施例中的每个包括至少一个孔30、40和50，以便以这种方式允许气体试样“G”能够迅速进出所述腔室20，在此气体的交换将通过已知扩散发生。

与根据图1的实施例中的情况一样，可以给腔室20设置具有所述孔30、40和50的细长结构，以代替形成腔室20的一部分壁，这些孔在所述光发射装置3和所述光接收装置4之间连续和直接地延伸。

图3、4和5被认为是示出了沿着图2中靠近光发射装置3的″II-II″线所得到的腔室20的横截面。

尽管图2示出了一个侧视图，其中的腔室20包括两个弯曲而形成一部分圆环的相对表面30a、30c，以及一部分圆柱形表面30b，很显然，可以使用除了这些表面的其它弯曲表面。

因此，可以选择连接到部分椭圆或是由部分椭圆构造的弯曲来代替那些形成的一部分圆环。

因为本发明构造成或多或少光发射装置3的发散图像出现在光接收装置4，所以在选择的实施例中存在给弯曲的光反射表面30b设置不同曲率和不同弯曲半径的可能性。

再参考图2，其中示出的所述腔室20在所述光发射装置3和所述光接收装置4之间具有连续的稍微有点弯曲的形状，在此以一部分圆形弯曲的形式示例，规定其半径为附图标记“R”。

不但部分圆弧弯曲、圆柱形弯曲和椭圆形弯曲都落在本发明的结构中，其它弯曲也落在本发明的结构中，只要它可以调整为可以本发明提出的方式允许以发散光束或光锥3’形式的发射光线3以最大程度通过腔室20，从而会聚后在光接收装置4的接收凸角(lobe)中被收集。

为了清楚的目的，因此图2更加准确地说明，设想光发射装置3能够产生有点发散(假定15°)的光束，其中心光束或光线3a射向点21，在那里反射为一条接近水平发射的光线3a′，随后它又从第二点22作为光线3a″朝向装置4反射，并且由装置4接收。

装置3能够调节，这样另一条光线3b能够在点23反射，并且作为光线3c′传输到装置4。示出的来自装置3的另一条光线3c在点24反射，以便随后作为光线3c′反射到装置4。

在这种情况下可以使用的直接起作用的光线是有限的。

参考图6，其中示出，在光线3d′由光接收装置4检测前，具有光线3d的发射光束3′，允许在壁30c和30a的平行平面部分之间以及再次在壁30c的部分上反射。

本发明的基本思想是基于根据图7的成型孔30、40、50，尽管数量很小的多个孔定位在光发射装置3和所述光接收装置4之间的单独延伸区域上，但优选是一个单独的孔，所述孔的大小和长度，能够为腔室20中的气体试样“G”与另一种试样的交换提供快速被动扩散，并且能够根据需要适应腔室中气体试样与另一种试样的交换速度。

由本发明通过允许去除腔室20的一部分壁提供的腔室20的自由暴露表明，可将扩散速度和时间减少到小于一秒钟，优选地小于0.5秒。

参考图7所示，将孔分成了两部分30a和30b，部分31位于它们之间并且覆盖腔室，面对腔室20的表面部分31a可以提供更高的反射性能。

所述以协同方式调整的孔30、40或50和/或孔30a、30b的总表面区域将可能覆盖在光发射装置3和光接收装置4之间的腔室20总内表面的至少15-25％以上。

特别地，提出以协同方式调整的孔30、40或50或30a、30b的总表面区域覆盖在光发射装置3和光接收装置4之间的腔室总内表面的至少50％以下，以便以这种方式释放反射表面部分，尤其是弯曲的表面部分30b。

特别地，调整所述孔30、40或50的总表面区域以便覆盖在光发射装置3和光接收装置4之间的腔室20总内表面的20-30％，图10中建议一种关系为约25％。

根据图3、4、5、6、7、10和12的实施例，允许示出所述横截面为方形或基本上为方形的孔的设置，但是必须考虑，孔的其它尺寸和形状形式都落在本发明的结构中，并且允许为了能够减少用于根据本发明的气体分析设备1的反应时间的任何事物，这样增加了扩散速度，优选地使用通过由光发射装置3产生的“主动”热量。

图3示出所述的孔30设置在方形四个侧面中的一个完整侧面上。

图4示出所述孔40设置在一部分弯曲的椭圆体表面上，选择的这部分的宽度小于大直径的一半。

图5示出所述孔50设置在一部分环形或圆柱形表面上，该表面宽度小于直径。

选择分配给腔室20的弯曲半径“R”选择成在为具有中心光线3a、3b、3c和3d的发散光束3′提供大发散角度的光发射装置3处比在为光束3′中的发散光线提供小发散角度的光发射装置3处小。

在根据图3的实施例中，设置一个过滤器60来覆盖孔30。在根据图4的实施例中，设置一个过滤器61来覆盖孔40，并且在根据图5的实施例中，设置一个过滤器62来覆盖孔50。

在此使用的各种类型的过滤器都是公知的，并且不再详细描述。

特别地，本发明提出使用的过滤器表面是可调整的，这样它能够相对于由腔室20包围的体积以因子10-25(1/mm)来覆盖所述孔30、40或50。

在所有实施例中的所述光发射装置3和所述光接收装置4都与它所定义的一样位于所述腔室20的两端，但是根据图12的实施例，没有什么阻止允许形成腔室20的表面的部分表面扩展超出腔室20的限定，以便在扩展部分中安装光发射装置3和光接收装置4。

没有什么阻止将过滤器60a代替过滤器60引入根据图12的实施例中，以便以这种方式减少腔室20的体积。

图8意在示出当光束3′在圆弧形表面30b中只反射一次时来自装置3的光束或光线路径。

在此说明现有技术，其中光发射装置3适于发射光束或光锥3′到凹面镜表面30b上，在用于接收反射光的装置4中产生高强度的光发射装置的聚集图像。

图9意在示出根据本发明的第一边界情况，其中光发射装置3适于发射光束或光锥3′到凹面镜表面30b上，光发射装置3的高强度的稍微有点发散的图像产生在用于接收反射光的装置4中，通常沿着表面30b只有两个反射表面或反射点。

根据本发明的原理，甚至在该实施例中由于接收图像的焦点对于图像来说太尖以至于在任何优点上不能使用。

对于使用较高数目的反射，聚焦变得比较差，实践经验指出，用于中心光线的反射点的数目应该选择为4或者大约4。

在该情况下发现，分配给光束3′的中心光束或光线3a(图9中通过镜面30b射出)被调整成与靠近装置3的弯曲表面30b的切线9形成一个小角度″b″。

特别地，分配给光束3′的中心线或光线3a被调整为连接到切线9或者与切线9的方向平行，该切线通过弯曲的凹反射面30b来定向，并且将表面部分30b′的位置靠近光发射装置3，这是一个问题。

分配给光束的中心线3a相对于所述切线9被设置了一个较小的向上或向下的角度，然而，相对于所述切线，角度值通常在10°以内。

图9和图10中在所述接收反射光的装置4中产生一个强烈聚焦的光束或光锥，没有任何光发射装置3的对准和聚焦图像。

由光发射装置产生的光束3′或者光锥的一条光线，例如它的中心光线3a，在它达到光接收装置4之前，可调整为在弯曲表面30b中反射几次。

实际上，中心光束或光线的反射次数选择小于8，例如在图9中只是2，而且次数可以选择在3和5之间，例如在图10中是4。

对于实际应用来说，可能根据图10的实施例是优选的，因为通过改变中心光束或光线3a到凹面30b的入射角以及它到凹面30b的距离“a”，能够容易地控制中心光束或光线3a的反射点的数目。

图10和11意在示出根据本发明的一个特殊情况，其中调整光发射装置3以较小入射角来发射光束或光锥3′到凹镜面30b，根据图9给定的限定，角度″b″的值等于零，在接收反射光的装置4中产生具有高强度光发射装置3的发散图像，通常中心光束或光线具有4个或5个反射表面或反射点。

图11示出了在图10中反射凹面30b靠近端部部分30b′的光发射装置的位置的放大图。

已经示出中心光束或光线3a与切线9平行，并且从该图中很明显，可以改变角度″b″为正值和负值，图9中示出了正值。

图11还示出，对于光接收装置4，可以改变距离″a″而具有不同结果。

根据上面那些关于光发射装置和光接收装置的位置和方向的描述，以及关于光接收凸角的描述，没有什么能够阻止相同原理的应用。

实际应用的腔室20以及由装置4接收的图像能够由下列因素改变：

a.选择的距离″a″，

b.选择的角度值″b″，

c.光源的类型和强度，以及它的发散角度(大约15°)，

d.接收发射光的装置4的位置以及接收角度(大约15°)，

e.用于反射光的凹面30b的选择的弯曲半径“R”和曲率，

f.用于气体试样″G″的扩射的孔30选择的大小和位置，

g.腔室20的位置，这样光发射装置3的热量将通过腔室20进行对流，

图12示出一个根据图2和图3的带有表面波导系统的一个可选实施例的透视图，装置3和4位于两端或者位于通过弦分开的两个平行表面部分之间。

过滤器60与这些弦相结合，反射凹面30b稍微有点超出相应测量距离，以便连接并固定到装置3和4。

根据图11所示，装置3可以由灯丝3g、光系统3h组成，以便将光束3″会聚成焦点3″′，由此产生发散光束或光锥3a。

过滤器60还能够位于腔室20中，由附图标记60a示出，这样与图10中解释的体积相比，就减少了腔室20的体积。

自然，本发明不限于上面用于示例目的的特殊实施例。在由附属的权利要求阐明的创新概念的结构内可以进行修改。

特别应该注意，每个单元可以与其它在结构中显示的单元组合在一起，以便获得想要的技术功能。

Claims (16)

1.一种气体分析设备，包括：适于容纳气体试样的腔室(20)，光发射装置(3)，用于接收通过腔室反射的光的光接收装置(4)，电子电路(5)，电子电路可调整使得能够通过光谱分析来分析和确定腔室(20)中作为气体试样(″G″)存在的选择的气体或混合气体的存在，腔室(20)中的表面(30a，30b，30c)提供光反射性能；此外，所述腔室露出一个或多个用于气体进出所述腔室的孔(30)，腔室设置一个延伸的形状，使所述一个或多个孔定位在腔室中位于所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)之间，其特征在于：所述腔室(20)和/或腔室的一个光反射表面设置成稍微有点弯曲的形状，在所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)之间形成波导，所述一个孔(30)和/或多个孔延伸在所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)之间，并且所述孔(30)具有的尺寸和纵向范围可使腔室中的气体试样(“G”)与另一试样进行快速交换。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，以协同方式调整所述一个孔和/或多个孔的总表面区域，以覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的15％以上。

3.根据权利要求1或2的设备，其特征在于，以协同方式调整所述孔的总表面区域，以覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的50％以下。

4.根据权利要求1或2的设备，其特征在于，所述一个孔和/或多个孔的总表面区域调整为覆盖在光发射装置和光接收装置之间的腔室总内表面的20-30％。

5.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述腔室具有方形或者基本上是方形的横截面。

6.根据权利要求5的设备，其特征在于，所述孔设置在属于所述腔室的四个侧面中的一个上。

7.根据权利要求1的设备，其特征在于，过滤器适于覆盖所述孔。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于，使用的过滤器的区域是可以调整的，使得它能够相对于腔室体积以10-25(1/mm)的因子来覆盖所述孔。

9.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述光发射装置(3)和所述光接收装置(4)位于所述腔室(20)的相反端。

10.根据权利要求1的设备，其特征在于，光束的中心线或中心光线可被调整，以连接到通过凹的弯曲光反射表面和通过位于靠近光发射装置的部分表面的切线方向。

11.根据权利要求10的设备，其特征在于，光束的中心线具有相对于所述切线的小角度。

12.根据权利要求10的设备，其特征在于，光束的中心线具有相对于所述切线在10°以内的角度值。

13.根据权利要求1的设备，其特征在于，光发射装置的具有发散图像的强烈聚焦光束或光锥被投射到接收反射光的所述光接收装置(4)。

14.根据权利要求1的设备，其特征在于，由光发射装置产生的光束或光锥可被调整，以便在它撞击到光接收装置之前在凹面中反射几次。

15.根据权利要求1或14的设备，其特征在于，选择反射次数小于8。

16.根据权利要求15的设备，其特征在于，选择反射次数在3到5之间。

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