CN102265135A - 氧浓度测量装置 - Google Patents
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Abstract
提供适用于确定样品容积(304)中的气体的氧浓度的氧浓度测量装置(100)。使用光学装置以用于用第一UV辐射强度(301)照射含氧的样品容积(304)，第一UV辐射强度的至少一个波长靠近氧的光谱吸收线。磁场发生器(103)适用于在样品容积(304)施加磁场(303)以及UV光检测器(102)适用于测量来自样品容积(304)的第二UV辐射强度(302)。基于所施加的磁场(303)和所测量的第二UV辐射强度(302)确定样品容积(304)中的氧浓度。
Description
技术领域
本公开大体上涉及氧测量装置，并且特别地涉及检测气体样品容积内氧浓度的测量装置。
背景技术
气体浓度测量可以用光吸收提供，吸收的光具有适当的波长或适当的波长范围。氧气是在例如燃烧过程中存在的重要气体。在燃烧过程中的余氧检测例如产生用于排放监测的有价值信息。此外，在其他气体存在下氧浓度的测量在医学领域具有丰富的应用。
在许多情况下在环境气体中存在的氧浓度可以是非常低的，使得需要灵敏的氧浓度测量装置。
发明内容
鉴于上文，提供适用于确定样品容积中的气体的氧浓度的氧浓度测量装置，该氧浓度测量装置包括：适用于用第一UV辐射强度照射含氧的样品容积的光学装置，该光学装置包括适用于发射该第一UV辐射强度的UV光源，该UV辐射包括至少一个靠近氧的光谱吸收线的波长；适用于在该样品容积施加磁场的磁场发生器；适用于测量来自该样品容积的第二UV辐射强度的UV光检测器；以及适用于基于该施加的磁场和该测量的第二UV辐射强度确定该样品容积中的氧浓度的评估单元。
根据另一个方面提供用于确定样品容积中的氧浓度的方法，该方法包括步骤：从UV光源朝该样品容积发射第一UV辐射，该UV辐射包括至少一个靠近氧的光谱吸收线的波长，用该第一UV辐射照射该含氧的样品容积，在该样品容积施加磁场，测量来自该样品容积的第二UV辐射的强度，并且基于该施加的磁场和该测量的第二UV辐射的强度确定该样品容积中的氧浓度。
另外的示范性实施例依照从属权利要求、描述和附图。
附图说明
向本领域内技术人员的完全和使能公开(包括其的最佳模式)在包括对附图的参考的本说明书的剩余部分中更具体地阐述，附图中：
图1图示用于说明基于磁场在具有要测量的氧的样品容积处的施加的氧浓度测量的原理的示意框图；
图2是图示使用锁定检测技术的氧浓度测量装置的控制结构的框图；
图3是图示根据典型实施例的氧浓度测量装置的光学设置(opticalset-up)的详细框图；
图4是图示根据另一个典型实施例的具有参考光检测器的氧浓度测量装置的设置的详细框图；
图5是根据再另一个典型实施例的氧浓度测量装置的设置的框图；以及
图6示出图示根据典型实施例的用于确定样品容积中的氧浓度的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各种示范性实施例，其的一个或多个示例在图中图示。每个示例通过说明的方式提供并且不表示限制。例如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以在其他实施例上结合其他实施例使用以产生再另外的实施例。意在本公开包括这样的修改和变型。
下文将说明许多实施例。在该情况下，相同的结构特征由图中相同的标号指示。在图中示出的结构不忠实于比例地描绘，而相反仅用于对实施例的更好理解。
图1是图示适用于测量样品容积304内的氧浓度的测量装置100的原理设置的框图。该样品容积304可以由光学UV传感器系统接触并且被包含在具有UV(紫外)光透射窗口的样品池(cell)201中。由紫外光源101发射的紫外光透射进入该样品池并且部分由包含在该样品容积304中的氧吸收。
这里注意在样品容积304外和样品池201内可提供真空、氮气或不干扰氧浓度测量的另一个适当的介质。此外，可提供氧通过样品池201的流动，使得在该流动中氧浓度的连续测量是可能的。
第一UV辐射强度301选择成使得它的波长中的至少一个基本对应于要测量的氧的至少一个吸收线。如果该第一UV辐射强度301的部分由包含在样品容积304中的氧吸收，发射第二UV辐射强度302，其低于该第一UV辐射强度301的量已经吸收在样品容积304中。该第二UV辐射强度302由UV光检测器102检测，其将检测到的辐射强度转换成测量信号307，其从氧浓度测量装置输出并且是包含在样品容积304内的气体中的氧浓度的测量。
特别地，如果辐射(即第一UV辐射强度301)的波长靠近要测量的气体(在该情况下氧)的吸收线，用于吸收入射辐射的吸收横截面可以是有效的。特别在UV光谱范围中的短波长，发生由氧的UV光吸收。氧吸收线的示例是在130.2nm的OI线或在184.9nm的吸收线。如果第一UV辐射强度301的波长靠近该线，吸收横截面变高。
术语“靠近”或“基本对应于”波长意思是由UV光源101发射的相应发射线和要测量的氧的至少一个吸收线在它们的相应波长中至少部分重叠。可发生这样的具有靠近彼此的波长的线的重叠，因为发射线和/或吸收线不代表单个波长，而展现围绕中心波长(例如130.2nm或184.9nm的波长)的波长分布。代替静止分布，波长还可随时间改变，例如由于磁场的影响。波长的时间变化(波动或受控变化)还可以认为导致上文意义中的波长分布。
发射和/或吸收线的波长分布产生于线展宽，线展宽可由于自然的线展宽、多普勒展宽(原子和/或分子的温度移动)、斯塔克展宽(由于与相应原子和/或分子相互作用的电场)等中的至少一个造成的。从而，氧的辐射吸收不仅发生在130.2nm或184.9nm的单个波长，而分别在例如129nm至131nm或184nm至186nm的范围中的光谱区域中。
氧的吸收线在不同光谱区域中出现。氧例如具有对应于汞灯的发射线的吸收线，例如在184nm和/或187nm附近。从而，汞灯可提供作为UV光源101。此外，可以是可调谐的并且可调节成使得它的发射波长对应于氧的适当光谱吸收线的UV激光器适于氧浓度测量。一般其中可发生吸收的波长范围由吸收线的半宽描述。
由包括UV光的第一辐射强度301对样品容积304的照射具有优点是限定辐射吸收量的吸收横截面在UV光谱区域中可以是非常高，例如比在可见光谱区域中高得多。下列方程(1)给出该关系的估计。
ρs，UV～104·ρs，VIS (1)
如由上文的方程(1)指示的，氧浓度测量装置在UV光谱区域中的操作与可见光谱区域相比增加吸收的辐射强度并且从而检测系统的灵敏度增加高达四个数量级。
可见光谱区域包括大约380nm和780nm之间的波长，而UV辐射包括低于380nm的波长。在电磁波谱的该部分(低于380nm)中，光子能量比可见光谱区域中高。这种UV光部分透射通过空气，而玻璃吸收在该波长光谱中的辐射。光学系统必须使用对可见和UV光是透明的石英玻璃窗口设计。低于200nm的波长，环境空气自身吸收入射UV辐射，因为水蒸气在这些短波长是非常能吸收的。为了检测在样品容积304中UV光谱范围中的辐射吸收，辐射可通过使用抽空光学通道透射到样品容积并且从样品容积检测。
磁场303通过样品池201(在图1中示出)的下部或通过使用螺线管线圈(其中心是样品池201)施加在样品容积304。在该磁场303的影响下，氧吸收线可分成与在没有磁场303时获得的中心波长相比更短以及更长的波长的分量集合。该线分裂依据塞曼效应，其本身对技术人员是已知的。
磁场线可平行于第一UV辐射强度301的传播方向，但没有在图1中示出。根据典型实施例，UV吸收线通过施加的磁场303的影响而分成两个单独的线。根据塞曼效应，这些线中的一个被右手偏振，而这两个线中的另一个被左手偏振。为了辨别这两个偏振线的强度，在离开路径中(即在样品容积304和UV光检测器102之间的辐射路径中)提供偏振分析器。UV光源101可发射偏振辐射或由UV光源发射的UV光可用偏振元件204偏振。
当磁场303由磁场发生器103产生时，磁场303可周期地开启和关闭。这导致的优势是氧的吸收线的塞曼分裂可存在(磁场303开启)或不存在(磁场303关闭)。从而入射到样品容积304上的第一UV辐射强度301的波长和要测量的氧的吸收线的波长之间的关系根据磁场303的存在而变化。此外第二UV辐射强度根据磁场303的变化而变化，因为第一UV辐射强度301的吸收取决于入射波长和氧的吸收波长之间的波长差别。
有利地，样品容积304内的氧浓度可基于不同的测量程序确定。第一种测量程序的基础原理是其中发生UV辐射由氧吸收的至少一个测量与其中该UV辐射的吸收减少或根本不存在的至少一个测量的比较。然后，通过评估吸收的差别，即两个测量之间的差别，可以获得氧浓度的高对比信号，因为对信号的其他影响在差别信号中互相抵消。
根据下文描述的典型实施例，由UV光源101发射的第一UV辐射的波长可在测量中保持基本恒定，而氧吸收线在至少一个测量期间由磁场303塞曼位移。然后，在至少一个测量期间，磁场可调谐至靠近“吸收”值使得塞曼位移引起氧吸收线与第一UV辐射的波长基本重合或重叠。在另一个测量期间，这样的塞曼位移的不存在(磁场303的不存在或磁场303调谐至远离“吸收”值)可引起氧吸收线不与第一UV辐射的波长重合或重叠。由于这些测量之间吸收的变化，入射到UV光检测器上的第二UV辐射强度根据磁场变化而变化。从而所得的测量信号307中的变化取决于由氧的辐射吸收并且从而取决于样品容积304中的氧浓度。
如果可以提供样品容积304中的已知氧浓度并且获得测量信号307中的对应变化，可以校准氧浓度测量装置100。该校准可以提供为表格或函数，其将测量信号变化与样品容积304内的对应氧浓度关联。
根据另一个典型实施例，UV光源101可提供为气体放电灯，例如汞灯、氘灯或其的组合，例如结合的氘-汞灯等。代替在样品容积施加磁场或除其之外，磁场可在UV光源101的气体放电处施加。塞曼位移由在UV光源101施加的磁场提供，并且该塞曼位移可引起由气体放电灯发射的第一UV辐射的至少一个波长与氧吸收线基本重合。此外，磁场的不存在(即没有塞曼位移)可引起第一UV辐射的波长不与氧吸收线重合，或反之亦然。有和没有磁场的修改的吸收再次导致测量信号307的变化，并且这些变化是样品容积304中的氧浓度的函数。再次，可以提供样品容积304中的已知氧浓度并且可以监测测量信号307中的对应变化使得整个测量装置的校准可如上文描述的那样执行。
此外并且根据再另一个典型实施例，可分析入射到UV光检测器102上的第二UV辐射的至少一个偏振态。在该情况下在样品容积304或在UV光源101施加的磁场保持在适合提供足够的塞曼位移的恒定值。由于塞曼效应，典型地在波长中上移和下移的分量的偏振态关于彼此是不同的。例如上移和下移分量展现相反手性的圆偏振。由UV光源101发射的第一UV辐射的波长可与氧吸收线的上移分量重合，而下移分量仅与氧吸收线极小地重合，或反之亦然。由于入射第一UV辐射强度分别在上移和下移分量的修改吸收，入射到UV光检测器上的第二UV辐射强度相应变化。从而在从UV光检测器102输出的测量信号307中的所得变化可用以采用与上文关于施加在样品容积304和/或在UV光源101的磁场的变化描述的相似的方式评估样品容积304中的氧浓度。偏振元件204然后可在来自样品容积304的第二UV辐射的传播路径中使用以便交替选择上文提到的两个不同的偏振态，即相反手性的圆偏振(即选择左圆或右圆偏振态)。
同样，可以比较超过两个不同种类的测量以便获得甚至更多的信号对比。例如，可以测量吸收，同时磁场在两个限值之间连续改变，并且因此吸收光谱可以作为磁场的连续函数来测量。在该情况下，吸收值的分布由统计量(例如均方差、高阶方差等)表征。这允许特别稳定的信号。
优选地，不同种类的测量中的至少一个进行多次，并且更优选地它们周期地进行。这允许获得甚至更稳定的信号，因为信号波动在统计上平均。周期测量可以例如使用锁定技术进行，例如在下文进一步描述的等。测量信号用评估单元的评估(下文关于图2-5描述的)可通过调节UV光源101的波长使得它与氧吸收波长重合而进行，其采用这样的方式使得对于左和右圆偏振辐射的塞曼效应引致的氧吸收线的位移引起测量的左和右圆偏振波的吸收的差别。然后，两个测量信号可以例如通过形成它们的比或形成对比它们的和的它们的差来评估，并且然后可以用作氧浓度的高度灵敏的测量。为该目的，另外地，评估的信号对比实际氧浓度的校准可例如对于给定测量设置先验地，或在通过用参考氧池206的参考测量的操作期间连续地或间歇地执行，如在下文中的图5中指示的。另外，可以监测相关的发射光谱辐射强度并且其可以用于信号评估。
为了增加信噪比，可采用锁定检测模式，其在下文中参照图2描述。样品容积304中的氧浓度然后可基于如果磁场303的强度变化、即开启和关闭时第二UV辐射强度302中的变化来确定。
此外，提供磁场的正弦调制是可能的。正弦调制具有便于磁场发生器的设计和改变磁场303的频率可容易用频率发生器(没有示出)调节的优势。
此外磁场可在极性上周期性地反转。这种极性变化对塞曼线分裂具有最强的影响，使得偏振分析器305可交替选择较长或上移分量的集合或较短或下移分量的集合并且将选择的集合传递到UV光检测器102。
从而，用磁场发生器103改变磁场303的强度，测量信号307根据磁场303的变化而变化。该变化是由于以下事实引起：UV氧吸收线的塞曼位移引起吸收的变化使得第二UV辐射强度302变化，而第一UV辐射强度301保持在恒定的入射波长和强度。
图2是图示用于获得关于图1描述的测量信号307的锁定信号检测技术的框图。如在图2中示出的，提供控制单元105，其产生用于控制磁场发生器103的调制信号312。该控制单元105接收上文关于图1描述的测量信号307。光源101朝样品池201内的样品容积304发射第一UV辐射强度301。如关于图1说明的，如果磁场303被调制，获得调制的第二UV辐射强度302。从而，控制单元105能够将调制信号312的频率关联到测量信号307的频率以便提供相敏检测。
控制单元105包括适用于产生提供给磁场发生器103的调制信号312的频率发生器单元106。这里注意调制信号312可包括正弦调制、开/关或技术人员已知的任何其他调制。此外，控制单元105包括用于比较两个输入信号的相位的相位比较器单元202。该相位比较器单元202的一个输入信号是由频率发射器单元106提供的频率信号314。该频率信号314对应于关于它的频率的调制信号312。
输入到相位比较器单元202的第二信号是从UV光检测器102输出的测量信号307。相位比较器单元202比较两个输入信号的相位并且输出锁定信号313，其基于相位比较器单元的两个输入信号的关联。控制单元105从而为使用氧浓度测量装置100的氧浓度测量提供信噪比的增强，因为仅具有关于调制信号312的固定相位关系的测量信号307的分量被放大并且作为锁定信号输出。
没有关联到调制信号312的频率和相位的测量信号307中的其他贡献、例如噪声和其他干扰由相位比较器单元202抵消。锁定信号313输入到评估单元108，其基于锁定信号313评估指示样品容积304中的UV吸收量的输出信号。输出信号110通过输出单元109输出。输出信号110是样品容积304内的氧浓度的直接测量，因为它反映与由磁场发生器103提供的磁场变化(磁场调制)303关联的第一UV辐射强度301的吸收。
图3是根据典型实施例的氧浓度测量装置100的更详细框图。这里注意在图3、4和5中点线对应于光学路径，其中具有箭头的实线对应于电路径。由标号303指示的平行箭头对应于可平行于第一UV辐射强度301和/或第二UV辐射强度302的传播方向取向的磁场303。
从UV光源101发射的第一UV辐射强度301引导到光学聚焦单元104、例如透镜等上，其适用于引导并且聚焦第一UV辐射强度正对着进入包含在样品池201中的样品容积304的中心。在第一UV辐射强度301已经由包含在样品容积304中的氧部分吸收后，UV辐射强度作为第二UV辐射强度302通过偏振分析器305(上文关于图1描述的)朝UV光检测器102发射。
对于UV辐射强度通过样品池201的透射，必须提供UV透射窗口203。取决于第一和第二UV辐射强度的波长，例如熔融石英或石英玻璃等材料提供作为UV透射窗口203的材料。如果UV辐射强度的波长在200nm至100nm的范围内，二氟化镁和氟化锂可提供作为UV透射窗口203的材料以便允许第一和第二UV辐射强度的透射。
图4是根据另一个典型实施例的氧浓度测量装置的设置的详细图。这里注意已经关于之前的图描述的零件或部件不在说明中和在下列图中重复以便避免多余说明。
如在图4中示出的，控制单元105用于控制磁场发生器103和UV光源101。UV光源101可根据需要的操作条件开启和关闭。与上文关于图3示出的实施例相比，图4的实施例包括参考UV光检测器102，其接收参考辐射强度以便基于由该参考UV光检测器102提供的参考信号308确定样品容积304中的氧浓度。
在下面，将详细描述参考信号308的产生。根据图4的氧浓度测量装置100的光学设置由两个光学路径构成，即通过样品容积304将UV光源101连接到UV光检测器102的光轴300。
第二光轴，即参考检测器光轴306在垂直于光轴300的取向上提供。第一UV辐射强度301的部分被引导到参考池206，其在参考容积207内包含已知的氧浓度。第一UV辐射强度306的部分沿参考检测器光轴306通过偏振分析器305朝参考UV光检测器107引导。参考UV光检测器107接收根据吸收过程的参考辐射强度310，该吸收过程在具有已知和固定氧浓度的参考容积207中发生。除了参考池206中的氧浓度是已知的，塞曼分裂和辐射吸收的过程与在样品池201中发生的过程是相同或相似的。为此，磁场发生器103不仅给样品池201提供磁场303，也向参考池206提供磁场303。从而，样品容积304和参考容积207由调制的磁场303穿透。
参考UV光检测器107的输出信号提供作为用于评估单元108的参考信号308。评估单元108然后可基于从UV光检测器102输出的测量信号307和从参考UV光检测器107输出的参考信号308两者评估输出信号110，即样品池201的样品容积304中的氧浓度。
此外，评估单元108适用于接收指示参考池206中的氧浓度的该测量的参考信号308使得样品容积304中的氧浓度可基于参考信号308确定。
根据另一个典型实施例可提供校准曲线，其可以存储在评估单元108的存储器中。这种校准曲线可从具有样品容积304中的已知氧浓度的测量获得。测量信号307的曲线然后可作为样品容积304中的变化氧浓度的函数来获得并且可作为校准曲线存储。
这里注意，为了执行氧浓度测量，UV光源101发射在80nm和380nm之间的波长区域中的辐射，优选地在150nm和250nm之间的区域中，并且更优选地具有大约130nm或184.9nm的波长。术语“大约130nm”或“大约184.9nm”意味UV光源101的波长在要测量的氧的吸收线附近。在氧的吸收线附近意味氧的吸收线和UV光源101的发射线足够近使得由相应线的半宽限定的线轮廓彼此重叠并且优选地采用作为施加的磁场的函数(即，作为塞曼波长分裂的函数)而不同的方式来重叠。
UV光源101可提供为汞灯、UV激光器、窄带二极管激光器和氘灯中的至少一个。有利地，氘灯可包含汞(Hg)使得激发Hg的发射线并且UV光源101发射汞光谱的光谱线。这导致由UV光源101发射的UV辐射的更高效的吸收，因为Hg发射线的一些至少部分与氧的吸收线重合，例如与OI 184.95nm吸收线重合。
控制单元105适用于控制UV光源101。这样的控制可包括UV光源101的开关、辐射强度的调制等。
此外尽管没有在图4中示出，但参考UV光检测器107直接测量第一UV辐射强度301的部分以便提供UV光源101的辐射强度的参考信号，这是可能的。在该情况下参考池206在参考检测器光轴306中是不存在的。这样的配置的优势是即使UV光源101的辐射强度变化，并且结果在UV光检测器102测量的辐射强度甚至对于样品容积304中的恒定氧浓度也变化，可考虑UV光源101的该辐射强度变化并且可排除它对输出信号110的影响。
图5是根据再另一个典型实施例的氧浓度测量装置100的详细框图。除在图3和4中示出的氧浓度测量装置100外，根据图5的氧浓度测量装置100还包括两个偏振元件204。一个偏振元件204设置在UV光源101的光学出口，其中另一个偏振元件204设置在UV光检测器102前面。
使用偏振元件204两者，用偏振的第一UV辐射强度301照射样品容积304并且根据偏振元件两者的设置检测偏振的第二UV辐射强度302是可能的。当第一UV辐射强度301具有圆偏振时，那么第二UV辐射强度302中的上移和下移塞曼分量具有不同的偏振方向，即一个分量是左手偏振而另一个分量是右手偏振。
从而通过使用设置在UV光检测器102前面的第二偏振元件204滤除两个分量中的一个是可能的。与变化的磁场303结合，扫描提供在第一UV辐射强度301中的中心波长上的氧吸收线从而是可能的。除了偏振元件204，氧浓度测量装置100的设置与图4中示出的浓度测量装置100相似。
根据再另一个典型实施例，磁场发生器是第一磁场发生器。此外，提供第二磁场发生器，其适用于在样品容积304施加磁场。该第一和第二磁场发生器适用于施加互相垂直的磁场。这导致在方向上偏振的第二UV辐射强度302使得信噪比可通过使用设置在UV光检测器102前面的固定偏振元件204选通输出来增加。
图6是图示根据典型实施例的用于确定样品容积中的氧浓度的方法的流程图。在步骤S1，程序开始。在步骤S2，第一UV辐射强度朝样品容积发射。该UV辐射包括至少一个靠近氧的光谱吸收线的波长。然后程序推进到步骤S3，其中包含要测量的氧浓度的样品容积用第一UV辐射强度照射。
此外在步骤S4，在样品容积施加磁场。程序推进到步骤S5并且测量来自样品容积的第二辐射的强度。该第二UV辐射强度不同于第一UV辐射强度，因为第一UV辐射强度的一部分由包含在样品池中的氧吸收。从第一UV辐射强度和第二UV辐射强度之间的差别强度，在步骤S6确定样品容积中的氧浓度。然后程序推进到步骤S7，它在这里结束。
在步骤S4施加的磁场可在最小磁场值和最大磁场值之间正弦调制以便获得靠近在样品容积中入射的UV辐射的波长的氧的光谱吸收线的适当塞曼分裂。此外，改变或反转在样品容积施加的磁场的极性是可能的。此外，磁场可在开启状态中的基本恒定开启值和在关闭状态中的零磁场值之间周期性地改变。
除了或代替在样品容积304施加磁场，磁场可在UV光源101施加。如果磁场在UV光源101施加，那么UV光源的发射线被塞曼位移，从而导致与上文描述的相似的氧浓度检测模式。另外磁场在UV光源101的施加可提供UV光源101的至少一个发射波长的细调。
基于提供的塞曼位移，可探测氧的多个光谱吸收线，使得氧(氧分子)的振动分子温度和/或氧(氧分子)的转动分子温度可分别通过探测相应振动分子带和/或转动分子带确定。这种探测可包括横过转动或振动光谱(转-振光谱)的至少一部分的扫描使得在上文描述的吸收过程中牵涉氧分子的至少两个吸收线。如果探测或“扫描”到两个或更多吸收线(例如，氧的转动和/或振动带)，那么除物种密度(氧浓度)信息外还可获得温度信息。在氧分子中，转动带的吸收线与振动带中的吸收线相比更靠近彼此。从而，用于探测振动分子带的塞曼位移必须比用于探测转动分子带的塞曼位移大。
根据描述的实施例中的任一个的氧浓度测量装置100的应用领域包括工业控制装置，其中应该测量和/或监测氧的浓度。此外，在环境监测和医学监测中，在许多情况下氧浓度是关键问题。此外，必须向其提供特定氧浓度的燃烧过程可以使用根据上文描述的实施例中的任一个的氧浓度测量装置100监测。
本发明已经基于在附图中示出的实施例描述，从这些实施例可以形成另外的优势和修改。然而，本公开不限于在具体词语中描述的实施例，而相反可以采用适合的方式修改和改变。它位于将一个实施例的个体特征和特征组合与另一个实施例的特征和特征组合采用适合的方式结合以便达成另外的实施例的范围内。
基于本文的教授可做出变化和修改而不偏离公开和它的更宽的方面，这对于本领域内技术人员将是明显的。即，上文阐述的所有示例意为示范性和非限制性的。
部件列表
| 100 | 氧浓度测量装置 | 101 | UV光源 |
| 102 | UV光检测器 | 103 | 磁场发生器 |
| 104 | 光学聚焦单元 | 105 | 控制单元 |
| 106 | 频率发生器单元 | 107 | 参考UV光检测器 |
| 108 | 评估单元 | 109 | 输出单元 |
| 110 | 输出信号 | 201 | 样品池 |
| 202 | 相位比较器单元 | 203 | UV透射窗口 |
| 204 | 偏振元件 | 205 | 束分离器单元 |
| 206 | 参考池 | 207 | 参考容积 |
| 300 | 光轴 | 301 | 第一UV辐射强度 |
| 302 | 第二UV辐射强度 | 303 | 磁场 |
| 304 | 样品容积 | 305 | 偏振分析器 |
| 306 | 参考检测器光轴 | 307 | 测量信号 |
| 308 | 参考信号 | 309 | 氧浓度信号 |
| 310 | 参考辐射强度 | 311 | 入射第一UV辐射强度 |
| 312 | 调制信号 | 313 | 锁定信号 |
| 314 | 频率信号 |
Claims (18)
1.一种适用于确定含氧的样品容积(304)中的气体的氧浓度的氧浓度测量装置(100)，所述氧浓度测量装置(100)包括：
光学装置，其适用于用具有第一UV辐射强度的第一UV辐射(301)照射所述样品容积(304)，所述光学装置包括适用于发射所述第一UV辐射(301)的UV光源(101)，所述第一UV辐射包括至少一个靠近氧的光谱吸收线的波长；
磁场发生器(103)，其适用于在所述样品容积(304)施加磁场(303)；
UV光检测器(102)，其适用于测量来自所述样品容积(304)的第二UV辐射(302)的第二UV辐射强度；以及
评估单元(108)，其适用于基于所施加的磁场(303)和所测量的第二UV辐射强度(302)确定所述样品容积(304)中的氧浓度。
2.如权利要求1所述的氧浓度测量装置(100)，进一步包括具有UV透射窗口(203)并且包含所述样品容积(304)的样品池(201)，其中所述光学装置基本设置在所述样品池(201)外面以便通过所述UV透射窗口(203)照射所述样品容积(304)。
3.如权利要求1或2所述的氧浓度测量装置(100)，进一步包括包含具有参考浓度的氧的参考池(206)，并且其中所述评估单元(108)适用于接收指示所述参考池(206)中的氧浓度的测量的氧浓度参考信号(308)，并且适用于基于所述氧浓度参考信号(308)确定所述样品容积(304)中的氧浓度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的氧浓度测量装置(100)，其中由所述UV光源(101)发射的UV辐射具有在80nm和380nm之间的区域、优选地在150nm和250nm之间的区域中的波长、并且更优选地具有大约185nm的波长。
5.如权利要求1至4中任一项所述的氧浓度测量装置(100)，其中所述UV光源(101)是汞灯、UV激光器、窄带二极管激光器、氘灯或其组合中的一个，特别地是在测量第二UV辐射强度的频率区域中具有连续光谱的灯和具有离散光谱的灯的组合，例如组合的氘-汞灯。
6.如权利要求1至5中任一项所述的氧浓度测量装置(100)，其中提供参考UV光检测器(102)以适用于测量第一UV辐射的至少一部分的强度作为UV光参考信号(308)，并且其中所述评估单元(108)适用于从所述参考UV光检测器(102)接收UV光参考信号(308)并且使用所述UV光参考信号(308)用于所述氧浓度的确定。
7.如权利要求1至6中任一项所述的氧浓度测量装置(100)，其中所述光学装置进一步包括适用于在所述样品容积(304)中提供偏振的第一UV辐射的偏振元件。
8.如权利要求1至7中任一项所述的氧浓度测量装置(100)，其中所述磁场发生器(103)是第一磁场发生器(103)，进一步包括适用于在所述样品容积(304)施加磁场(303)的第二磁场发生器(103)，其中所述第一和第二磁场发生器(103)适用于施加互相垂直的磁场(303)。
9.一种用于确定含氧的样品容积(304)中的氧浓度的方法，所述方法包括：
从UV光源(101)朝所述样品容积(304)发射第一UV辐射，所述UV辐射包括至少一个靠近氧的光谱吸收线的波长；
用所述第一UV辐射照射所述样品容积(304)；
在所述样品容积(304)施加磁场(303)；
测量来自所述样品容积(304)的第二UV辐射的强度；以及
基于所施加的磁场(303)和所测量的第二UV辐射的强度确定所述样品容积(304)中的氧浓度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述磁场(303)在最小磁场值和最大磁场值之间基本上正弦地调制。
11.如权利要求9至10中任一项所述的方法，其中所述磁场(303)的极性周期性反转。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述磁场(303)在开启状态中的基本恒定开启值和在关闭状态中的零磁场值之间周期性地改变。
13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中磁场施加在所述UV光源(101)，使得所述UV光源(101)的发射线关于至少一个氧吸收线位移。
14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中氧的振动分子温度通过探测振动分子带确定。
15.如权利要求9至14中任一项所述的方法，其中氧的转动分子温度通过探测转动分子带确定。
16.如权利要求9至15中任一项所述的方法，其中所述UV光源(101)的波长调节成使得它与氧吸收线的波长重合使得对于左和右圆偏振辐射的塞曼效应引致的氧吸收线的位移引起左和右圆偏振辐射的吸收的差别。
17.如权利要求16所述的方法，其中测量左圆第二UV辐射和右圆第二UV辐射的强度，并且所述样品容积(304)中的氧浓度基于所测量的强度确定。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述样品容积(304)中的氧浓度基于测量的左和右圆偏振第二辐射的比例、和/或基于它们的差、优选地除以它们的总和的它们的差来确定。
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