CN104220863B - 气体检测器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明示出和描述一种气体探测系统，其包括：具有光源(3)和发射器透镜装置(7)的发射器(1)，光源发射分析光束(5)，发射器透镜装置构成用于沿着发射方向(9)对分析光束(5)聚焦；和接收器(19，19’)，其具有接收器透镜装置(21)，接收器透镜装置限定接收器焦点(27，27’)和接收器轴线(23)，接收器具有第一光混合棒(29)，第一光混合棒具有第一入射端(31)和第一出射端(33)，并且限定从第一入射端(31)延伸到第一出射端(33)的第一棒轴(35)，其中第一入射端(31)指向接收器透镜装置(21)，接收器具有分析检测器(39)和参考检测器(45)，其中分析检测器(39)布置在第一出射端(33)的远离接收器透镜装置(21)指向的一侧上，接收器具有分析滤波器(43，43’)，分析滤波器从接收器透镜装置(21)起观察布置在分析检测器(39)之前，并且接收器具有参考滤波器(49，49’)，参考滤波器从接收器透镜装置(21)起观察布置在参考检测器(45)之前。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体检测器系统，其具有：具有光源和发射器透镜装置的发射器，由所述光源发射分析光束，所述发射器透镜装置构成用于沿着发射方向对分析光束聚焦；以及带有分析检测器和参考检测器的接收器。
背景技术
气体混合物的分析在工艺控制和监控技术方面还有在环境分析方面具有越发重要的意义。此外，随着工业和环境监控中的自动化程度的上升，对于用于在测量灵敏度、长时稳定性、选择性方面进行气体分析的这种测量系统的要求还有在测量系统的寿命和维护间隔方面的要求上升。为了例如在较大型的工业设施的环境分析或监控技术中能够尽可能快速地识别故障情况下逸出的气体，期望的是：尽可能细网眼地且大面积地覆盖要监控的区域。为此，能够使用大量的局部紧密衔接的灵敏的传感器，所述传感器能够经由数据连接彼此连接。
然而更加有利且有效的是光学成形的气体传感器，其中射出的光在大测量距离上取向，并且其中光的吸收为气体类型特定的测量效果。这种系统允许关于测量距离中的平均气体浓度进行说明，并且允许监控更大的区域。
具有发射器、接收器和位于其之间的自由的测量距离的这种气体检测器系统通常称为开放路径系统，沿着所述测量距离检测气体组分或者特定的气体成分的浓度，其中发射器和接收器之间的间距、即自由的测量距离的长度能够位于200m的范围中。这需要：将发射器和接收器彼此精确地取向，因此由发射器所发射的分析光束也实际上完全地射到接收器的光学装置上。但是即使是这种情况的话，还需要将分析光束精确地在正确的位置上射到接收器上，因此确保：在接收器中存在的检测器能够证实尽可能大的强度。当发射器和/或接收器没有正确取向时，系统无法可靠地或者以期望的灵敏度工作。
具有开放的测量距离、在共同的壳体中具有利用激光作为光源和接收元件的这种气体传感器例如从U.S.5,339,155中已知，其中描述：光借助于半透光的镜和倾斜竖立的镜取向和射到空心镜上，并且从那里作为平行的射束穿过开放的测量距离取向和射到远处竖立的反射器上，并且从那里朝向接收元件的反射回到壳体中。
从U.S.6,538,728中已知具有带有开放的测量距离、发送器和接收器的光学气体测量系统的装置，其中在发射器中，测量光源将分析射束射到开放的测量距离中，分析射束横穿开放的测量距离，并且检测器在接收器中记录分析射束。基于由检测器记录的分析射束确定目标气体的气体浓度。此外，在U.S.6,538,728中公开了两个光学的或遥感勘测的通信通道，在所述通信通道上实现了发射器和接收器之间的双向的数据交换。借助于所述数据交换实现：从接收数据中、如接收的光强度中，在发射器上和在接收器上借助于数据通信使关于发射器和接收器的取向的信息是可用的，进而识别失调并且支持调节的校准。
此外，从现有技术中(图1a和1b)中已知下述装置，其中设有具有测量元件111的调节设备以用于检测光学轴线106与发射器105和接收器103彼此间的取向、尤其倾斜的失调。发射器105包括光源和透镜装置113，并且接收器103具有透镜装置116、测量元件111和检测器114。申请人将这种装置用于空场中的气体检测，其中测量元件111构成为以距检测器114预设间距布置的圆环，在所述圆环上以均匀的间距在整个周向之上布置多个光敏感的传感器。所述圆环用作为孔板，所述孔板透射到检测器114的由发射器105的光源射出的平行光束的内部核心光束109，并且接住布置在其上的光学敏感的传感器，由此无法到达至检测器114。在接收器103被调节的状态下，全部光学敏感的传感器检测到相同的强度。然而在接收器103失调的情况下，一些光学敏感的传感器没检测到光或者检测到少量的光，其中从所述分布中能够获得关于失调的信息。当然，从测量元件111的所述装置中得到附加的光损失，这是因为由发射器105射出的光的需要用于调整发射器和接收器的部分没有达到检测器114，并且因此不再能够有助于在检测器114上测量。
此外，原则上得到下述问题，即，在应用检测器的情况下，作为检测器面上位置的函数的灵敏度不是恒定的，而是朝边缘上升。因此当射到检测上的射束斑小于检测器面积或者检测器面积未被均匀地照亮时，所测量的强度仅仅在射束斑移动的情况下改变。但是因为在分析检测器上和参考检测器上测量的强度比例用作为气体浓度的度量，所以少量改变对发射器或接收器的调节已经能够引起测量信号显著改变。
另一问题是：在开放路径系统中应用的带通滤波器和边缘滤波器中的通带或边缘波长是入射角的函数。在此，当滤波器上的入射角位于45°的范围中时，相应的边界波长的改变是尤其大的。因为通常在气体检测器系统中应用这种装置以将未被滤波器所透过的部分反射到另外的测量系统上，所以错误调节在此也能够快速地引起：光谱通带或者边缘波长移动，并且由此同样产生改变的测量结果。
当在粗调节之后发射器和接收器彼此对准以至于接收器中的检测器“面临”分析光束时，还得到两种可能性，以何种方式使发射器和接收器错误地取向。一方面，发射器能够相对于发射器和接收器之间的连接线轻微倾斜，并且另一方面也能够考虑：接收器相对于所述连接线倾斜。因此期望的是，接收器和发射器构成为使得还可以识别是否处于上述情况中的一种或两种中。
在此，气体检测器系统尤其应这样构成，即，其以简单的方式能够尽可能在没有辅助措施的情况下使复杂的光学装置取向。
发明内容
因此，基于现有技术，目的是：提供一种气体检测器系统，其中公差范围之内的错误取向对于由分析检测器检测的强度而言具有仅极其小影响。
根据本发明，所述目的通过一种气体检测器系统来实现，其包括：具有光源和发射器透镜装置的发射器，由所述光源发射分析光束，所述发射器透镜装置构成用于沿着发射方向对分析光束聚焦；和接收器，所述接收器具有接收器透镜装置，所述接收器透镜装置限定接收器焦点和接收器轴线，所述接收器具有第一光混合棒，所述第一光混合棒具有第一入射端和第一出射端并且限定从第一入射端延伸到第一出射端的第一棒轴，其中第一入射端指向接收器透镜装置，所述接收器具有分析检测器和参考检测器，其中分析检测器布置在第一出射端的远离接收器透镜装置指向的一侧上，所述接收器具有分析滤波器，所述分析滤波器从接收器透镜装置起观察布置在分析检测器之前，所述接收器具有参考滤波器，从接收器透镜装置起观察，所述参考滤波器布置在参考检测器之前。
本发明意义中的光混合棒理解为可沿着棒轴线延伸的、相对于所述棒轴线具有对称性的体部或者空心体，所述体部或空心体的外壁部这样构造，即穿过入射端进入体部或空心体的内部的辐射在周向壁部处反射进而保持在体部的内部中。这引起：当在入射端射入的辐射的焦点在体部或空心体的内部位于入射端的平面中或者稍微位于其之后时，在入射端部处射入的辐射在出射端处作为在射束的横截面之上强度均匀的射束离开体部或空心体。这种光混合棒从投影器中已知。
通过在接收器中使用光混合棒实现的是：将射到接收器透镜装置上的、来自发射器的辐射这样聚束，即，使得射到分析检测器上的射束斑被均匀地照亮。只要所述射束斑大于检测器面积，在射束斑相对于检测器位于射束斑中央的最佳位置的情况下，接收器的小失调并不引起由检测器输出的信号变化。由此，公差范围相对于常规的系统扩大，在所述公差范围之内接收器能够失调。
在此优选的是，接收器透镜装置具有物镜，所述物镜布置在入射端之前。这引起：将输入到光混合棒中的光准直，使得在光混合棒之后形成的射束斑极其均匀地被照亮。
优选地，焦点位于第一光混合棒之内，这下述优点联系在一起：其不会造成能够在射束强烈被准直的区域中出现污染。这引起：可能出现高强度损失。该危险可能尤其当焦点在入射段处位于光混合棒的表面上时出现。此外，在这种优选的结构中节约了结构长度。
根据一个优选的实施方式，第一射束轴线沿着接收器轴线延伸，其中第一出射端具有棱镜装置以用于将离开第一光混合棒的射束分解成第一射束和第二射束，其中第一射束沿着第一方向传播，并且第二射束沿着第二方向传播，并且第一和第二方向以相对于第一棒轴线成角度地延伸，其中分析检测器沿着第一方向布置，其中参考检测器沿着第二方向布置，其中在分析检测器和第一出射端之间布置有分析滤波器，并且其中在参考检测器和第一出射端之间布置有参考滤波器。
在这种装置中一个光混合棒就足够了，其中棱镜装置然后用于：在分析检测器上还有在参考检测器上形成均匀照亮的射束斑。在此不需要借助于边缘滤波器分解射入接收器中的射束，其中分析射束和参考射束然后分别沿着单独的路径传播，必要时还传播穿过分开的光混合棒。
在该优选的实施方式中，在相应的检测器之前布置有相应的带通滤波器，然而所述带通滤波器的通带彼此不同，以便一方面检测具有所涉及的吸收带的波长范围，并且另一方面检测来自没有所述带的射束的部段。
最后，接收器光源能够在接收器轴线上布置在第一出射端的远离接收器透镜装置指向的一侧上。由所述接收器光源发射的光然后射到传感器上。当所述传感器具有布置在接收器透镜装置和光源之间的、相反于入射到发射器透镜装置上的光的发射方向反射到布置在发射器中的位置敏感的第一检测装置上的滤波器时，所述检测装置的信号能够用于确定发射器以何种方式相对于发射器和接收器之间的连接线倾斜。由此，能够显著地简化发射器的取向。
此外优选的是：在第一光混合棒的入射端和出射端之间延伸的周向壁部上布置沿周向方向隔开的光敏感的传感器，所述传感器的光敏感的区域指向光混合棒的内部。当射到第一光混合棒的入射端上的射束的焦点不位于棒轴线上，而是侧向于此偏移时，更多的光在该侧上射到相应的光敏感的传感器上，使得其实现之前描述的装置，所述装置根据传感器的信号确定接收器的错误取向。因此，也能够以简单的方式在没有光学仪器辅助的情况下确定接收器相对于发射器和接收器之间的连接线的可能存在的倾斜。
在此尤其优选的是，第一光混合棒具有垂直于第一棒轴线观察多边形的横截面。在与圆形横截面相比这种更少对称的情况下，得到射束的更大的均匀化，并且同时能够以简单的方式安置传感器。
在一个替选的实施方式中，接收器具有第二光混合棒，所述第二光混合棒具有第二入射端和第二出射端并且限定从第二入射端延伸到第二出射端的第二棒轴线，其中第二入射端沿着射入到接收器中的射束的方向观察更接近接收器透镜装置地布置，其中第一和第二光混合棒彼此成角度地延伸，其中参考检测器布置在第二出射端的沿射入到接收器中的射束的方向观察远离接收器透镜装置指向的一侧上，其中分析滤波器布置在第一入射端和接收器透镜装置之间，其中分析滤波器如下取向，即将沿着接收器轴线输入分析滤波器上的且没有穿透的光沿着第二棒轴线反射到第二入射端上，并且其中参考滤波器布置在接收透镜装置和分析滤波器之间。
这种装置实现：对于分析检测器和参考检测器而言应用共同的参考和分析滤波器。
此外，在该情况下，能够更简单地设计光混合棒，并且在出射端处不需要高成本的棱镜装置。由此，在检测器中检测的强度原则上更高，这又提高要检测的气体成分的证实概率。
在一个优选的实施方式中，第一棒轴线沿着接收器轴线取向，而第二棒轴线相对于接收器轴线成角度地、优选垂直地延伸。在该情况下，该装置能够以简单的方式借助仅少量的光学元件实现。特别地，因此在安装时能够容易地调节接收器的另外的光学元件。
在这种装置中也可行的是，参考滤波器如下取向，即将沿着接收器轴线射到参考滤波器上的且未穿透的光反射到布置在接收器中的位置敏感的第二检测装置上。在该情况下，位置敏感的检测装置中的信号能够用于确定接收器是否正确地相对于接收器和发射器之间的连接线取向。
此外，在之前描述的优选的实施方式中有利的是，将接收器透镜装置和第一光混合棒之间的和接收器透镜装置和第二光混合棒之间的光学路径长度如下测定，即接收器的透镜装置的焦点位于第一和第二光混合棒之内。这又与下述优点联系在一起，即在检测器中，接收器的内部中的已经少量的污染物不能够引起显著的强度损失。
此外有利的是，参考滤波器构成为带通滤波器，并且分析滤波器构成为边缘滤波器，并且带通滤波器的下边界波长小于边缘滤波器的边缘波长。首先，以该方式能够通过带通滤波器仅选择来自光源所发射的光中的光，所述光包含对于测量而言重要的光谱。随后，边缘滤波器用于：仅还将包含相关的吸收线的光透过分离检测器。
因为射到检测器上的射束斑并不过大，使得整个强度出现在检测器上、但是系统还是足够容差的，所以优选的是，光混合棒朝出射端锥形变细地构成。
最后尤其优选的是，所应用的位置灵敏的检测装置构成为CCD检测器、CMOS检测器或者正方形检测器，因为其是更低成本的并且能够可靠地进行评估。
附图说明
下面，根据附图阐述本发明，其中
图1示出根据现有技术的系统，
图2示出本发明的第一实施例的发射器，
图3示出第一实施例的接收器，
图4示出图3中的接收器的一部分的放大图，并且
图5示出第二实施例的接收器。
具体实施方式
如从图2中能够识别的是，根据本发明的气体检测器系统的第一实施例的发射器1具有光源3，由所述光源发射分析光束5。此外，在发射器1中设有在当前的情况下仅包括一个透镜的发射器透镜装置7，借助所述发射器透镜装置沿着发射方向9对由光源3发射的光准直。
此外，在发射器1中这样布置分色器11，即，使得由光源3发射的光在其到达发射器透镜装置7之前射到分色器11上。所述分色器引起，红外光未受阻碍地穿过分色器11进而形成分析光束5，而可见光13由分色器11反射并且投向束流收集器15。
分色器11的背离光源3的且指向发射器透镜装置7的一侧这样构成，即，对射到该侧上的可见光进行反射。分色器11在此如此相对于发射器透镜装置7取向，即，使得沿着发射方向9入射到发射器透镜装置7上的光由分色器11投向同样布置在发射器1中的、位置敏感的发射器检测器17上，所述发射器检测器形成位置敏感的第一检测装置。
如从图3中得出，第一实施例的接收器19具有接收器透镜装置21，所述接收器透镜装置在当前的实施例中同样由各个透镜形成，并且限定接收器轴线23。同样将物镜25布置在接收器轴线23上。所述物镜用于：进一步组合已经由接收器透镜装置21聚焦的射束。此外，通过接收器透镜装置21限定接收器焦点27，所述接收器焦点位于接收器轴线23上。
此外，在接收器19中，在接收器轴线23上设有第一光混合棒29，所述第一光混合棒具有第一入射端31以及第一出射端33。通过光混合棒29限定的第一棒轴线35在第一入射端31和第一出射端33之间延伸，所述第一棒轴线在当前的实施例中相对于接收器轴线23取向。如还能够从图3中识别的是：第一光混合棒29这样布置，即，使得接收器焦点27位于第一光混合棒29之内。
本发明意义中的光混合棒29理解为可沿着棒轴线35延伸的并且相对于所述棒轴线具有对称性的体部或者空心体，所述体部或空心体是透明的并且所述体部或空心体的周向壁部37这样构成，即，使得入射到光混合棒29内部的光在周向壁部37处反射，进而保持在光混合棒29内部。这引起：当在入射端31射入的辐射在出射端33处作为在射束的横截面上强度均匀的射束离开光混合棒29。
以优选的方式，光混合棒29具有垂直于棒轴线35观察多边形的横截面，其中光混合棒能够朝出射端33锥形变细地构成。在与圆形横截面相比的这种更少对称的情况下，得到射束的更大的均匀化。
如从图3和4中得出，在光混合棒29的第一出射端33的远离接收器透镜装置21指向的一侧上布置有分析检测器39，其中分析检测器39沿第一方向安置，从光混合棒20的第一出射端33中射出的第一射束41沿着所述第一方向传播。最后，在分析检测器39和第一出射端33之间设有分析滤波器43。
同样在第一出射端33的远离接收器透镜装置21指向的一侧上设有参考检测器45，其中所述参考检测器沿第二方向布置，第二射束47沿着所述第二方向从光混合棒29的第一出射端33中射出。最后，在参考检测器45和第一出射端33之间还设有参考滤波器49。不仅第一射束41、还有第二射束47或者第一和第二方向相对于第一棒轴线35和接收器轴线23成角度地延伸。
为了使第一和第二射束41，47分别相对于接收器轴线23成角度地从第一出射端33中传播出来，设有棱镜装置51以用于分解离开第一光混合棒29的射束，所述棱镜装置将所述射束分解成第一和第二射束41，47。特别地，棱镜装置能够这样构成，即，使得其具有多个垂直于绘图平面延伸的单独棱镜，所述单独棱镜彼此平行地布置。
不仅分析滤波器43、还有基准滤波器49构成为带通滤波器，其中其通带当然彼此不同并且不彼此交叠。
最后，能够从图3和4中识别：接收器19具有位于接收器轴线23上的接收器光源53，所述接收器光源能够构成为发光二级管，并且能够沿着接收器轴线23在朝接收器透镜装置21的方向上发射光。
此外，在图3和4中能够得出：将在周向方向上隔开的光敏感的传感器55布置在光混合棒29的周向壁部37上，其中传感器55指向光混合棒29的内部。
根据本发明的气体检测器系统的、在图2至4中示出的且之前描述的第一实施例如下工作。
由光源3发射分析光束5，所述分析光束首先穿过分色器11，其中在束流收集器15中捕获可见光13，而其不能够进一步在接收器1中传播。分析光束5通过发射器透镜装置7聚焦成平行的射束，所述射束然后在经过测量距离之后射到接收透镜装置21上，只要发射器1和接收器19彼此对准使得发射方向9和接收器轴线23重合，所述射束就由所述接收透镜装置聚焦到接收器焦点27中，所述聚焦器焦点布置在第一光混合棒29中。通过第一光混合棒29，入射的分析光束5由于在周向壁部37上多次反射而均匀化，使得出现在第一出射端33上的光束在第一出射端33上观察是均匀的，即在第一出射端的面上观察具有近似均匀的强度。
布置在第一出射端33上的棱镜装置51将射出的光分解成首先穿过分析滤波器43射入并且然后射入分析检测器39中的第一光束41和穿过参考滤波器49射入参考检测器45中的第二射束47。如此选择分析滤波器43的通带，即，使得频谱的其中存在要沿着测量距离检测的气体成分的吸收带的区域被透过。参考滤波器49的通带不与分析滤波器43的通带叠加，使得参考检测器45输出与相关的气体浓度无关的信号，而由分析检测器39输出与相关的气体成分沿着测量距离的浓度相关的信号。然后，从这两个信号的比中能够推出气体成分的绝对浓度。
只要由第一和第二光束41，47在检测器39，45上产生的射束斑大于相应的检测器面积，在射束斑相对于检测器39，45位于射束斑中央的最佳位置的情况下，接收器19的少量失调并不引起由检测器39，45输出的信号的变化，这是因为射束斑总是由于光混合棒29而均匀地被照亮。由此，接收器19在其中能够失调的公差范围相对于常规的系统扩大。此外，在接收器19的之前描述的结构中，一个唯一的光混合棒29就足够了，其中棱镜装置51然后用于将均匀照亮的射束斑在分析检测器39和参考检测器45上成像。
借助于安置在第一光混合棒29上的传感器55能够确定：接收器轴线23是否相对于发射器1和接收器19之间的连接线倾斜。在此，比较由传感器55检测的强度，并且当所检测的强度中的一个大于其余的强度时，这表示：接收器轴线23在所述传感器55的方向上相对于连接线倾斜。然后能够相应地再调节接收器19。
最后，能够借助于接收器光源53产生调节束55，所述调节束首先由光混合棒29均匀化，并且随后由接收器透镜装置21转换成平行的射束55，所述射束通过发射器透镜装置7射到发射器1中，并且由分色器11反射到位置敏感的发射器检测器17上。根据由所述检测器17检测的位置，能够确定：发射方向9实际上是否与发射器1和接收器19之间的连接线重合或相对于所述连接线倾斜。
因此，借助气体检测器系统的该第一实施例首先基于光混合棒29确保：在光混合棒20的出射端33上产生均匀的射束，所述射束然后射到检测器39，45上，其中因为射束是均匀的，因此少量的错误调节对于由检测器39，45输出的信号不具有影响。此外，传感器55以及接收器光源53连同发射器检测器17一起允许对气体检测器系统进行简单的且必要时可自动化的调节。
在图5中示了出接收器19’的第二实施例，其中所述接收器19’同样具有接收器透镜装置21，所述接收器透镜装置限定接收器轴线23并且连同物镜25一起将入射的分析束5聚焦到接收器焦点27，27’中。在此，接收器焦点27位于第一光混合棒29中，所述第一光混合棒又具有第一入射端31和第一出射端33以及在此之间延伸的第一棒轴线35。此外，在接收器19’中，在第一出射端33的远离接收器透镜装置21指向的一侧上设有分析检测器39。
在该实施例中，除了第一光混合棒29，还设有第二光混合棒57，所述第二光混合棒以类似的方式具有第二入射端59和第二出射端61以及在此之间延伸的第二棒轴线63。在此，光混合棒57类似于接收器19的第一实施例的第一光混合棒29构成，即具有多边形的横截面并且朝出射端33，61锥形变细。
如还能够识别的是：在当前的实施例中，第一棒轴线35和第二棒轴线63彼此垂直地布置，并且第一棒轴线35沿着接收器轴线23延伸，但是也能够考虑的是，棒轴线35，63成角度地延伸，所述角度不同于90°。
在棒轴线35，63在相应的入射端31，59上向外的延长部的交点中布置有分析滤波器43’，分析光束5的一部分穿过所述分析滤波器射出，所述部分包含要研究的气体成分的吸收带，而分析滤波器43’在第二光混合棒57的方向上反射分析光束5的剩余部分。特别地，分析滤波器43’能够构成为边缘滤波器，所述边缘滤波器的边缘波长、即上升超过其透射波长的波长直接位于吸收带之前。
在第二光混合棒57的第二出射端61的在射入接收器19’的射束的方向上观察远离接收器透镜装置21指向的一侧上设有参考检测器45，借助所述参考检测器检测在分析滤波器43’上反射的并且在第二光混合棒57中均匀化的光。
也在该实施例中，光混合棒29，57这样布置，即，使得接收器透镜装置21和第一光混合棒29之间和接收器透镜装置21和第二光混合棒57之间的光学路径长度分别如此测定，即，使得焦点27，27’位于第一和第二光混合棒29，57之内。
最后，接收器19’还具有参考滤波器49’，所述参考滤波器布置在接收器透镜装置21和分析滤波器43’之间。参考滤波器49’构成为带通滤波器并且能够经过下述波长范围，在所述波长范围中存在相关的吸收带，以及位于其之前的范围。光的剩余部分被反射。在此，参考滤波器49’如下取向，即，沿着接收器轴线23射到其上的且未透射的光射到位置灵敏的第二检测装置上，即接收器检测器65上。
接收器19’的该第二实施例现在如下工作。射入的分析束5由接收透镜装置21通过起部分反射作用的分析滤波器43’既投入第一光混合棒29中又投入第二光混合棒57中，其中具有相关的吸收带的光射到第一光混合棒29中并且在其中被如此均匀化，即，使得均匀的射束斑射到分析检测器39上。以类似的方式，不包含吸收带的部分以均匀化的方式投入参考检测器45中。在该结构中，在光混合棒的出射端上不需要成本耗费的棱镜装置，并且在检测器39，45中检测的强度原则上更高，这又提高了要检测的气体成分的可证实概率。
在该实施例中也由光混合棒29，57的应用得出：当从光混合棒29，57中在出射端33，61处射出的射束分别具有大于相应的检测器39，45的敏感区域的且其中尽管检测器39，45失调还完整地被辐照的面积时，接收器19’的轻微失调并不引起测量结果的改变。
此外，在参考滤波器49’上反射的光能够用于，借助于接收器检测器65确定：接收器轴线23实际上是否与发射器1和接收器19’之间的连接线重合或者大致相对于此倾斜。
附图标记列表
1 发射器
3 光源
5 分析光束
7 发射器透镜装置
9 发射方向
11 分色器
13 可见光
15 束流收集器
17 发射器检测器
19，19’ 接收器
21 接收器透镜装置
23 接收器轴线
25 物镜
27 接收器焦点
29 第一光混合棒
31 第一入射端
33 第一出射端
35 第一棒轴线
37 周向壁部
39 分析检测器
41 第一射束
43 分析滤波器
45 参考检测器
47 第二射束
49 参考滤波器
51 棱镜装置
53 接收器光源
55 传感器
57 第二光混合棒
59 第二入射端
61 第二出射端
63 第二棒轴线
65 接收器检测器。
Claims (31)
1.一种气体检测器系统，包括：
发射器(1)，
所述发射器具有光源(3)，由所述光源发射分析光束(5)，并且
所述发射器具有发射器透镜装置(7)，所述发射器透镜装置构成用于沿着发射方向(9)对所述分析光束(5)准直；和
接收器(19，19’)，
所述接收器具有接收器透镜装置(21)，所述接收器透镜装置限定接收器焦点(27，27’)和接收器轴线(23)，
所述接收器具有第一光混合棒(29)，所述第一光混合棒具有第一入射端(31)和第一出射端(33)并且限定从所述第一入射端(31)延伸到所述第一出射端(33)的第一棒轴(35)，其中所述第一入射端(31)指向所述接收器透镜装置(21)，并且其中，所述第一光混合棒(29)构造成沿着所述第一棒轴(35)延伸的、并且相对于所述第一棒轴具有对称性的体部或者空心体，所述体部或空心体的周向壁部构造成，使得穿过所述第一入射端(31)入射到所述第一光混合棒内部的光在所述周向壁部处反射，进而保持在所述体部的内部中，当在所述第一入射端射入的光的焦点在所述体部或空心体的内部位于所述第一入射端的平面中或者稍微位于所述平面之后时，从而在所述第一入射端(31)射入的光在所述第一出射端(33)处作为在射束的横截面上强度均匀的射束离开，
所述接收器具有分析检测器(39)和参考检测器(45)，其中所述分析检测器(39)布置在所述第一出射端(33)的远离所述接收器透镜装置(21)指向的一侧上，
所述接收器具有分析滤波器(43，43’)，所述分析滤波器从所述接收器透镜装置(21)起观察布置在所述分析检测器(39)之前，
所述接收器具有参考滤波器(43，43’)，所述参考滤波器从所述接收器透镜装置(21)起观察布置在所述参考检测器(45)之前。
2.根据权利要求1所述的气体检测器系统，其中，所述接收器透镜装置具有物镜(25)，所述物镜布置在所述入射端(31)之前。
3.根据权利要求1或2所述的气体检测器系统，其中，所述焦点(27)位于所述第一光混合棒(29)之内。
4.根据权利要求1或2所述的气体检测器系统，其中，所述第一棒轴(35)沿着所述接收器轴线(23)延伸，
其中所述第一出射端(33)具有棱镜装置(51)以用于将离开所述第一光混合棒(29)的射束分解成第一射束(41)和第二射束(47)，
其中所述第一射束(41)沿着第一方向传播并且所述第二射束(47)沿着第二方向传播，并且所述第一方向和所述第二方向以相对于所述第一棒轴线(35)成角度地延伸，
其中所述分析检测器(39)沿着所述第一方向布置，
其中所述参考检测器(45)沿着所述第二方向布置，
其中在所述分析检测器(39)和所述第一出射端(33)之间布置有所述分析滤波器(43)并且
其中在所述参考检测器(45)和所述第一出射端(33)之间布置有所述参考滤波器(49)。
5.根据权利要求3所述的气体检测器系统，其中，所述第一棒轴(35)沿着所述接收器轴线(23)延伸，
其中所述第一出射端(33)具有棱镜装置(51)以用于将离开所述第一光混合棒(29)的射束分解成第一射束(41)和第二射束(47)，
其中所述第一射束(41)沿着第一方向传播并且所述第二射束(47)沿着第二方向传播，并且所述第一方向和所述第二方向以相对于所述第一棒轴线(35)成角度地延伸，
其中所述分析检测器(39)沿着所述第一方向布置，
其中所述参考检测器(45)沿着所述第二方向布置，
其中所述分析滤波器(43)布置在所述分析检测器(39)和所述第一出射端(33)之间，并且
其中所述参考滤波器(49)布置在所述参考检测器(45)和所述第一出射端(33)之间。
6.根据权利要求4所述的气体检测器系统，其中，所述分析滤波器(43)和所述参考滤波器(49)构成为带通滤波器，所述带通滤波器的通带彼此不同。
7.根据权利要求5所述的气体检测器系统，其中，所述分析滤波器(43)和所述参考滤波器(49)构成为带通滤波器，所述带通滤波器的通带彼此不同。
8.根据权利要求4所述的气体检测器系统，其中，在所述接收器轴线(23)上，在所述第一出射端(33)的远离所述接收器透镜装置(21)指向的所述一侧上布置有接收器光源(53)。
9.根据权利要求7所述的气体检测器系统，其中，在所述接收器轴线(23)上，在所述第一出射端(33)的远离所述接收器透镜装置(21)指向的所述一侧上布置有接收器光源(53)。
10.根据权利要求8所述的气体检测器系统，其中，所述发射器(1)具有布置在所述发射器透镜装置(7)和所述光源(3)之间的滤波器(11)，所述滤波器相反于所述发射方向将射到所述发射器透镜装置上的光反射到设置在所述发射器(1)中的位置敏感的第一检测装置(17)上。
11.根据权利要求9所述的气体检测器系统，其中，所述发射器(1)具有布置在所述发射器透镜装置(7)和所述光源(3)之间的滤波器(11)，所述滤波器相反于所述发射方向将射到所述发射器透镜装置上的光反射到设置在所述发射器(1)中的位置敏感的第一检测装置(17)上。
12.根据权利要求1或2所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒(29)具有在所述第一入射端(31)和所述第一出射端(33)之间延伸的第一周向壁部(37)，
其中在第一周向壁部(37)上布置有在周向方向上隔开的光敏感的传感器(55)，并且
其中所述传感器(55)的光敏感的区域指向所述第一光混合棒(29)的内部。
13.根据权利要求11所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒(29)具有在所述第一入射端(31)和所述第一出射端(33)之间延伸的第一周向壁部(37)，
其中在第一周向壁部(37)上布置有在周向方向上隔开的光敏感的传感器(55)，并且
其中所述传感器(55)的光敏感的区域指向所述第一光混合棒(29)的内部。
14.根据权利要求13所述的气体检测器系统，其中，所述传感器是二极管。
15.根据权利要求12所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒(29)具有垂直于所述第一棒轴线(35)观察多边形的横截面。
16.根据权利要求14所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒(29)具有垂直于所述第一棒轴线(35)观察多边形的横截面。
17.根据权利要求1或2所述的气体检测器系统，其中，所述接收器(19’)具有第二光混合棒(57)，所述第二光混合棒具有第二入射端(59)和第二出射端(61)并且限定从所述第二入射端(59)延伸到所述第二出射端(61)的第二棒轴线(63)，其中沿着射入到所述接收器(19’)中的射束的方向上观察，所述第二入射端(59)更接近所述接收器透镜装置(21)地布置，
其中所述第一光混合棒和所述第二光混合棒(35，63)彼此成角度地延伸，
其中所述参考检测器(45)布置在所述第二出射端(61)的沿射入到所述接收器(19’)中的射束的方向上观察远离所述接收器透镜装置(21)指向的一侧上，
其中所述分析滤波器(43’)布置在所述第一入射端(31)和所述接收器透镜装置(21)之间，
其中所述分析滤波器(43’)如下取向，即将沿着所述接收器轴线(23)射到所述分析滤波器(43’)上的且没有穿透的光沿着所述第二棒轴线(63)反射到所述第二入射端(59)上，并且
其中所述参考滤波器(49’)布置在所述接收透镜装置(21)和所述分析滤波器(43’)之间。
18.根据权利要求17所述的气体检测器系统，其中，所述第一棒轴线(35)沿着所述接收器轴线(23)延伸，并且
其中所述第二棒轴线(63)相对于所述接收器轴线(23)成角度地延伸。
19.根据权利要求18所述的气体检测器系统，其中，所述第二棒轴线(63)相对于所述接收器轴线(23)垂直地延伸。
20.根据权利要求17所述的气体检测器系统，其中，所述参考滤波器(49’)如下取向，即将沿着所述接收器轴线(23)射到所述参考滤波器(49’)上的且未穿透的光反射到设置在所述接收器(19’)中的位置敏感的第二检测装置(65)上。
21.根据权利要求19所述的气体检测器系统，其中，所述参考滤波器(49’)如下取向，即将沿着所述接收器轴线(23)射到所述参考滤波器(49’)上的且未穿透的光反射到设置在所述接收器(19’)中的位置敏感的第二检测装置(65)上。
22.根据权利要求17所述的气体检测器系统，其中，所述接收器透镜装置(21)和所述第一光混合棒(29)之间的与所述接收器透镜装置(21)和所述第二光混合棒(57)之间的光学路径长度如下测定，
即所述焦点(27，27’)位于所述第一光混合棒和所述第二光混合棒(29，57)之内。
23.根据权利要求21所述的气体检测器系统，其中，所述接收器透镜装置(21)和所述第一光混合棒(29)之间的与所述接收器透镜装置(21)和所述第二光混合棒(57)之间的光学路径长度如下测定，
即所述焦点(27，27’)位于所述第一光混合棒和所述第二光混合棒(29，57)之内。
24.根据权利要求17所述的气体检测器系统，其中，所述参考滤波器(49’)构成为带通滤波器，
其中所述分析滤波器(43’)构成为边缘滤波器，并且
其中所述带通滤波器的下边界波长小于所述边缘波长。
25.根据权利要求23所述的气体检测器系统，其中，所述参考滤波器(49’)构成为带通滤波器，
其中所述分析滤波器(43’)构成为边缘滤波器，并且
其中所述带通滤波器的下边界波长小于所述边缘波长。
26.根据权利要求17所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒和/或所述第二光混合棒(29，57)朝所述出射端锥形变细地构成。
27.根据权利要求25所述的气体检测器系统，其中，所述第一光混合棒和/或所述第二光混合棒(29，57)朝所述出射端锥形变细地构成。
28.根据权利要求10所述的气体检测器系统，其中，位置敏感的所述第一检测装置(15)构成为CCD检测器、CMOS检测器。
29.根据权利要求10所述的气体检测器系统，其中，位置敏感的所述第一检测装置(15)构成为正方形检测器。
30.根据权利要求20所述的气体检测器系统，其中，位置敏感的所述第二检测装置(65)构成为CCD检测器、CMOS检测器。
31.根据权利要求20所述的气体检测器系统，其中，位置敏感的所述第二检测装置(65)构成为正方形检测器。
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