CN104412080B - 迅速地接收液体吸收频谱用的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接收液体吸收频谱用的装置，带有第一射线源(1)，它沿着第一光程(11)在第一频谱范围内发射射线；带有安排在第一光程(11)中的第一测量段(5)，沿过该测量段射线射过该液体；带有安排在第一光程(11)中的可调节的Fabry‑Perot干涉计(7)，可以作为可移动带通滤波器在第一频谱范围内透射射线；并带有第一检测器(9；35)，在第一频谱范围内测量该射线的强度。按照本发明规定，该装置具有第一校准器(3)用以对射线进行频谱调制，它安排在第一光程(11)上并在第一频谱范围内具有多个透射最大值(17)，建立该Fabry‑Perot(7)(干涉仪)是为了由Fabry‑Perot干涉计(7)形成的带通滤波器可以这样地在第一频谱范围上移动，使得第一校准器(3)对射线的频谱调制可以作为射线强度的时间调制由第一检测器(9，35)测量。

Description

迅速地接收液体吸收频谱用的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种接收液体吸收频谱用的装置，带有第一射线源，它沿着第一光程在第一频谱范围内发射射线；带有安排在第一光程上的第一测量段，该射线沿着该测量段射过该液体；带有安排在第一光程的可调节的Fabry-Perot干涉计，它作为可移动带通滤波器可以在第一频谱范围内透射该射线；和带有第一检测器，在第一频谱范围内测量射线的强度，以及接收液体吸收频谱用的方法。

背景技术

在医药工程中常常需要测定或监测呼吸空气中选定组份的浓度。这样，例如，在患者麻醉时常常要测量每次呼吸中所使用的麻醉气体在呼吸空气中的浓度，或在检查司机时测量在呼吸空气中的酒精含量。为了测定各组分的浓度，使用光谱分析方法。为此一般用该气体具有吸收的波带上离散的滤波器，记录信号并与基准进行比较。从这些对一定的气体是特征性的波长的情况下信号的改变，可以得求出该气体在呼吸的空气中浓度的结论。

从技术现状看，已知一系列装置，籍以可以通过在选定的波长下或还有在频谱范围内的吸收测量，确定液体或气体，例如，呼吸气体中选定组份的浓度。这样的装置具有射线源，该射线源在选定的连续频谱范围内发射射线。在射线源和接着安排的射线射过该液体的测量段之间，安排光学带通滤波器，在下文中简单地称为滤波器，它把该射线的频谱限制在对气体一个组份呈特征性的，要测量其浓度的波长上。射过该滤波器和该测量段之后，该射线的强度用适当的检测器加以测量。与该组份的浓度可知的基准液体中的基准测量相比，从强度的减弱即可得出该组份在该液体中的浓度的结论。

若要测量多个组份的浓度，则必须针对每个组份使用它本身适当的滤波器。为了在短时间段上测定不同组份的浓度，尽可能做到一次呼吸作为所谓呼吸溶解测量，在所谓滤波器轮上安排不同的滤波器。滤波器轮是旋转的圆片，它以较快顺序在射线源和检测器之间的光程中移动滤波器。但缺点是，可以研究的组份数小，因为对于每种组份都必须存在它本身的滤波器，滤波器轮的体积大小受到限制。为此应用机械构件一般都有缺点，因为这提高了维修费用并容易出错。

正如在DE 10 2006 045 253 B3所描述的，应用可调节的Fabry-Perot干涉计可以接收完全的吸收频谱。为此在射线源和检测器之间的光程中安排一个可调节的Fabry-Perot干涉计代替滤波器。Fabry-Perot干涉计是这样一种安排，它具有两个部分透明的彼此平行安排的反射镜，它们覆有反射镀层的镜面。这些镜面彼此的距离确定Fabry-Perot干涉计透射的或对于该Fabry-Perot干涉计是透明的较窄的波长范围。允许透过Fabry-Perot干涉计的波长范围的宽度作为频谱分辨率表示并取决于波长。在可调节的Fabry-Perot干涉计上，可以改变这些镜面的距离，并借此移动透射的波长范围。因此，Fabry-Perot干涉计乃是一种可移动的带通滤波器，其频谱宽度相当于Fabry-Perot干涉计的分辨率。若要完全测量选定的频谱范围内液体的吸收频谱，则只须把该Fabry-Perot干涉计调整在选定的频谱范围上。

Fabry-Perot干涉计还可以在镜面适当的覆层上让两个不同的波长范围同时透明。因此可能同时在两个波长范围上绘制该液体的吸收光谱。从DE 10 2009 011 421 B3已知应用这种类型的Fabry-Perot干涉计接收一种液体吸收频谱用的接收装置。

为了测定液体各组份的浓度，必须把该检测器记录的频谱与基准测量进行比较。为此一般使用锁定放大器。在锁定放大器中测量的信号与基准信号相乘，并在低通滤波器中对该乘积进行积分。因此，该锁定放大器形成测量信号和基准信号之间的交叉相关关系。

但为了可以使用锁定放大器，必须在时间上调制该检测器给出的信号，并以此调制该射线源所发射的射线。所谓在时间上调制这里应该理解为该射线的强度随着时间改变。在最简单的情况下，这可以通过对射线源进行通/断或用安排在后面的斩波器进行，它在射线源和检测器之间的光程上重复进行。

呼吸空气中选定组份的吸收优选在2μm和15μm之间的波长下测量。一般在该波长范围内可供使用的宽带射线源是热辐射器。若用对呼吸溶解的测量所需要的大于100Hz的频率在时间上进行电调制，则这强烈地取决于所观察的波长的强度的相对调制，其中该调制从短到长波长地降低。在2μm和15μm之间的频谱范围内在100Hz和更高的频率下强度调制在较长波长下这样强烈地下降，以致它们对于锁定放大器的应用不再足够。

应用机械斩波器尽管在原则上是可能的，但这里还是机械部件，维护费用高昂而且难以微型化。

要使用光声或热电传感器作为检测器时，出现类似问题，因为这两种传感器类型只有当射线具有时间上的强度改变时才可以使用。

发明内容

因此出现这样的任务:由该射线源发射的射线在选定的整个频谱范围内在时间上这样迅速地进行调制，使得作为检测器安排在该测量段上的光声传感器或热电传感器可以使用。此外，本发明的任务是，在时间上这样迅速地调制该射线，以便对测量的吸收频谱与基准频率进行比较，使接着安排的锁定放大器可以运行。

该任务用一种装置解决，它具有第一校准器，用来调制该射线，其安排在第一光程上，并在第一频谱范围内具有多个透射最大值。此外，为此建立Fabry-Perot干涉仪，使得由Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器可以这样地在第一频谱范围上移动，使得该第一校准器对射线的频谱调制可以作为射线强度的时间调制由第一检测器测量。具体地，本发明提供一种接收液体吸收的频谱用的装置，带有第一射线源，其沿着第一光程在第一频谱范围内发射射线；带有安排在第一光程上的第一测量段，沿着所述第一测量段射线射过所述液体；带有安排在第一光程上的可调节的Fabry-Perot干涉计，其作为可移动的带通滤波器能透射在第一频谱范围内的射线；和带有第一检测器，其用以测量在第一频谱范围内的所述射线的强度，其特征在于，所述装置有第一校准器用来对所述射线进行频谱调制，在所述第一校准器中镜面距离在测量期间不改变，所述第一校准器被安排在第一光程上，而且所述第一校准器在第一频谱范围内具有多个透射最大值，和Fabry-Perot干涉计被建立来使由Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器能在第一频谱范围上移动，使得第一校准器对所述射线的频谱调制作为射线强度的时间调制被第一检测器测量，并且根据测量时的每个时刻Fabry-Perot干涉计的已知宽度来推断出透射波长，并借此推断出所述射线的波长。

该装置首先有第一射线源，它在第一频谱范围内发射优选带有连续频谱的射线。作为测定呼吸空气组份的浓度用的第一射线源，例如，适用膜式辐射器，它在2μm和20μm之间的波长范围内具有连续频谱。作为替代方案，还可以使用功率强的螺旋辐射器或其他热辐射器，它们同样在这个频谱范围内发射。由该射线源发射的射线优选通过透镜装置或反射镜在很大程度上准直后，被引导沿着第一光程穿过该装置。

沿着第一光程在射线扩展的方向上在第一测量段之前安排Fabry-Perot干涉计和第一校准器，其中该射线经过第一测量段、Fabry-Perot干涉计和第一校准器的顺序是任意的。

安排在第一光程上的第一测量段，例如，可以指安排待检查的液体的样品池(Küvette)。

所谓校准器在这里应该理解为Fabry-Perot干涉计，其中镜面距离可以不改变或在测量期间不改变。作为校准器，例如，使用未涂膜，磨光的薄圆片，它由硅或锗组成，或特别是具有硅或锗。作为替代方案，作为校准器，例如，可以使用覆有金属或介电镀层的光学透明的圆片，或两个覆有镀层的或未涂膜的平行隔开的板。还可以设想，可以使用具有梳状透射率或反射的光学器件代替校准器，例如，确定的塑料薄膜或还用气体填充的样品池，其中该气体具有突出的梳状吸收。

该第一校准器在第一频谱范围内有多个透射最大值。经过第一校准器的宽带射线以此接着被频谱调制，其特征在于对该校准器特定的强度最大值和最小值交替。这时，所谓频谱调制应该理解为射线强度与波长或频率的关系。例如，100μm厚度的硅圆片在4μm和5μm之间的频谱范围内有35个透射最大值和同样多的透射最小值。在8μm和11μm之间的频谱范围内、相同的圆片有25个透射最大值。

可以设想，第一校准器这样形成，使得第一校准器的至少几个透射最大值包括对于其在液体中的浓度要研究的组份波长是特性的。这样还可以优化测定只具有较窄的特性吸收线的液体组份的浓度。

第一校准器优选具有这样的性质，即在第一频谱范围内透射最大值的距离大于Fabry-Perot干涉计的频谱分辨率。若Fabry-Perot干涉计的频谱分辨率比透射最大值的距离宽，则会导致不希望有的频谱平滑。换句话说，第一校准器所产生的强度最大值在用Fabry-Perot干涉计测试时看来好像更宽和更平坦。第一校准器的该表面的取向优选不与在射线扩展的方向上安排在第一校准器紧前面和后面的零件的表面平行，以便防止附加的不希望的校准器作用。

此外，Fabry-Perot干涉计安排在第一光程上，其中镜面的距离可以这样调节，使得Fabry-Perot干涉计可以在第一频谱范围内代表可移动的带通滤波器。这时，由Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器这样地在第一频谱范围上，优选连续地移动，使得第一校准器的频谱调制作为射线强度的时间调制被第一检测器测量。换句话说，通过Fabry-Perot干涉计的调整，和带通滤波器随之发生的移动，把第一校准器对射线的频谱调制，转换为该射线强度的时间调制。这时，根据对于每个时刻Fabry-Perot干涉计已知的宽度，可以得出透射波长和借此得出该射线波长的结论。

若在带有由100μm厚的硅圆片制的第一校准器的装置上，在4μm和5μm之间的频谱范围内，具有35个透射最大值和透射最小值，则Fabry-Perot干涉计在该频谱范围内每秒5次从最短调整到最长波长并再次调整回来，这相当于该射线被350Hz频率的强度调制。在包括8μm和11μm之间波长的频谱范围内，相同的硅圆片，例如，具有25个透射最大值和透射最小值。以此Fabry-Perot干涉计在该频谱范围内五次双向调整，相当于该射线被250Hz的频率强度调制。

此外，该装置有这样安排的第一检测器，使得在该射线穿过第一校准器、Fabry-Perot干涉计和第一测量段之后，可以测量射线的强度。其中第一检测器，例如，可以指半导体传感器、热电堆、热电阻、热电传感器或光声气体传感器。后者优选安排在该第一测量段上。

这样的装置是有利的，因为它毫无大机械零件，而且尽管如此仍能以对于呼吸溶解测量足够高的频率在另一个频谱范围上调制射线的强度。因为没有大机械组件，所以该装置大体无磨损地工作，因此与从技术现状已知的装置相比，维修费用明显降低和寿命延长。

在一个优选的实施形式中，为了从用第一检测器测量的射线强度进行液体吸收频谱的测定，设置第一锁定放大器。该锁定放大器形成第一传感器给出的测量信号和基准信号之间的交叉相关函数，而且是特别窄的带通滤波器，使得即使在受强噪音干扰的情况下也能稍有偏差地在测量信号和基准信号之间进行测量。因此，该锁定放大器允许特别有利地绘制液体吸收频谱。

在另一个优选的实施例中，该装置具有第二射线源，它沿着第二光程在第二频谱范围内发射射线；第二测量段，由该第二射线源发射的射线沿着该测量段射过该液体；和第二检测器，用以在第二频谱范围上测量射线的强度。这时，该第一和第二光程这样形成，使得Fabry-Perot干涉计安排在第一和第二光程中。该Fabry-Perot干涉计可以作为可移动带通滤波器在第二频谱范围内透射该射线。此外，该装置还有一个该射线的频谱调制用的第二校准器，它安排在第二光程中，并在第二频谱范围内具有多个透射最大值。为此，建立该Fabry-Perot干涉仪，用来使由Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器可以这样地在第二频谱范围上移动，使得该第二校准器对该射线的频谱调制，作为射线强度的时间调制，可以被第二检测器测量。

这个优选的实施方式有第二射线源，它在第二频谱范围内发射射线，其中该第二频谱范围优选包括不同于第一频谱范围的波长。例如，该第一频谱范围可以包括2μm和6μm之间的波长，优选4μm和5μm之间的波长，而第二频谱范围包括7μm和15μm之间的波长，优选包括8μm和11μm之间的波长。还可以设想，该第一射线源和该第二射线源在相同的频谱范围上发射射线，而只用相应的带通滤波器限制在各自的频谱范围上。

此外，该装置还有第二校准器，安排在第二光程中，并在第二频谱范围内与该第一校准器在第一频谱范围内调制射线类似地调制射线。该第二校准器尤其在第二频谱范围内具有多个透射最大值，其距离优选大于Fabry-Perot干涉计在第二频谱范围内的带宽或频谱分辨率。此外还可以设想，该第二校准器这样地形成，使得第二校准器的至少几个透射最大值包括对于其在液体中的浓度要研究的该组份的波长是特性的。

第二校准器的表面的取向最好不与在射线扩展的方向上安排在第二校准器紧前面和后面的零件的表面平行，以便防止附加的不希望的校准器作用。

此外，这个优选的实施方式还有第二测量段，该第二射线源发射的射线沿着该测量段射过该液体。这时，可以设想，该第一和第二测量段具有相同的长度，其中所谓测量段的长度应理解为该射线沿着该测量段通过该液体的路径。在一个优选的实施形式中，该第一测量段与该第二测量段集成一体，亦即，该第一和该第二测量段一致，或通过该液体在相同的路径上延伸。一个这样的装置是特别有利的，因为在该液体中的吸收光谱可以在两个频谱范围内在相同的测量段上测量，并以此保证，该浓度测量在空间上没有差异，不会影响该组份的浓度。

但也可以设想，该第一和该第二测量段具有不同的长度。当该液体在第一和在第二频谱范围内以不同的强度被吸收时，这时后者尤其是有利的。例如，于是可以设想，其浓度有待测定的液体组份在第一频谱范围内只有非常微弱的吸收。为了达到对于第一检测器仍然可以测量的吸收改变，使用较长的第一测量段。反之，还可以设想，例如，要测定液体一个组份的浓度，它在第二频谱范围内即使在低的浓度下仍然强烈吸收。在这种情况下该第二测量段可以相应地选择得短些，使得即使在高浓度下仍旧出现可由第二检测器测量的吸收改变。

在本发明的这个优选的实施例中，Fabry-Perot干涉计安排在第一和第二光程中。换句话说，不仅由第一射线源发射的射线，而且由该第二射线源发射的射线也经过Fabry-Perot干涉计，其中该第一与第二光程平行，接近平行或彼此重叠通过Fabry-Perot干涉计。

例如，于是可以设想，该第一和该第二光程在该射线经过各自的校准器之后，射到相同的分光器上。这时，例如，该分光器这样安排，使得由该分光器透射的由第一射线源发射的射线的部分在Fabry-Perot干涉计中形成第一光程，而由分光器反射的由该第二射线源发射的射线的部分在该处形成第二光程。

此外，该装置还有第二检测器，适用于在该射线穿过第二校准器、第二测量段和Fabry-Perot干涉计之后，在第二频谱范围内测量该射线的强度。

此外，该Fabry-Perot干涉计这样形成，使得镜面的距离可以这样调节，使得该Fabry-Perot干涉计在第二频谱范围内呈现一个可移动的带通滤波器。这时，由该Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器这样地在第二频谱范围上，优选连续地移动，第二校准器的频谱调制作为射线强度的时间调制被第二检测器测量。换句话说，通过Fabry-Perot干涉计的调谐，和通滤波器与此同时的移动，使第二校准器对射线的频谱调制，转换为该射线强度的时间调制。

在一个优选的实施形式中，该Fabry-Perot干涉计这样形成，使得它可以同时在第一和在第二频谱范围内透射射线，和由该Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器可以这样地同时在第一和第二频谱范围上移动，该射线被该第一和该第二校准器的频谱调制，可以作为射线强度的时间调制，被第一和第二检测器测量。换句话说，该Fabry-Perot干涉计的镜面的距离这样调节，使得它同时在第一和第二频谱范围内形成通带。以此允许同时扫描该第一和该第二频谱范围，并可以在特别短的时间内在两个频谱范围内接收液体的吸收频谱，因此它可能测量液体中其成份在非常短的时间间隔内改变的组份的浓度。

在另一个优选的实施例中，为了从用第二检测器测量的射线强度测定液体的吸收频谱，设置第二锁定放大器。

此外，第一校准器最好与第二校准器集成一体。换句话说，设置仅有的一个校准器代替第一和第二校准器，该一个校准器不仅在第一而且在第二频谱范围内有多个透射最大值。例如，可以使用硅制的100μm厚的圆片，它在4μm和5μm之间的频谱范围内具有35个透射最大值，而在8μm和11μm之间的频谱范围内具有25个透射最大值。以此，还可以明显地缩小该装置的尺寸。

这时，第一校准器最好作为分光器安排在第一和在第二光程上，该第一光程和第二光程在射线扩展的方向上在第一校准器后面平行延伸。换句话说，该第一校准器和该第二校准器用共用的校准器取代，使之同时形成为分光器，而第一和第二光程这样地引导到一起，使得在射线扩展的方向上处于校准器后面的Fabry-Perot干涉计平行于由该第一和该第二射线源发射的射线。这样的装置也是特别有利的，因为这样可以实现特别紧凑的结构方式。

第一检测器构成为与第二检测器集成一体同样有利。换句话说，设置仅有的一个检测器代替第一和第二检测器，不仅在第一，而且在第二频谱范围内测量该射线的强度，以此可能为该装置形成一个特别紧凑的设计方案。

此外，该第一射线源最好与第二射线源相同。换句话说，只设置一个射线源代替两个射线源，它在第一和在第二频谱范围内发射射线。以此，也可以实现一个特别紧凑的结构方式。

在一个优选的实施形式中，该第一射线源是热辐射器，其强度可以在时间上这样迅速地调制，使得射线强度的相对改变在这两个频谱范围之一中的强度比另一频谱范围突出。若只存在一个射线源并形成为热辐射器，则该射线源的强度最好在时间上迅速地调制。若调制频率足够高，则该强度调制只在波长较短的频谱范围上进行强度调制，而这两个频谱中波长较长的范围内基本上不调制。若检测器在第一和在第二频谱范围内记录吸收光谱的叠加，则可以特别有利地使用波长较短的频谱范围这个附加的调制，以便该第一和第二吸收频谱彼此分离。

该装置还可以这样配置，使之可以测定液体在其他频谱范围内的吸收。为此该装置对于每个其他频谱范围都有射线源，它们在该频谱范围内沿着光程发射射线。沿着每个光程安排测量段、校准器和检测器，其中该射线沿着该测量段射过该液体，在该频谱范围内调制该射线用的该校准器具有多个透射最大值，并为了在该频谱范围内测量该射线的强度建立该检测器。这时，该光程这样地形成，使得Fabry-Perot干涉计安排在每个光程中。该Fabry-Perot干涉计是为了在每个频谱范围内作为可移动带通滤波器透射射线而建立的，其中该带通滤波器可以这样地在该频谱范围上移动，使得该射线通过校准器的频谱调制作为射线强度的时间调制可以被检测器测量。在这种类型的装置上可以设想，所有射线源、所有校准器、所有测量段和/或所有检测器都彼此集成一体，以此可以实现宽带装置，用来在特别紧凑的结构方式下接收吸收光谱。

此外，该任务用按照本发明的装置的应用方法解决，这时该Fabry-Perot干涉计这样地调整，使得由该Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器这样地在第一频谱范围上移动，使得第一校准器对射线的频谱调制，作为射线强度的时间调制由第一检测器测量。

在一个优选的实施形式中，为了在第一频谱范围内测定吸收频谱，用第一锁定放大器把由第二检测器给出的测量信号与基准信号进行比较。

为此所需要的基准信号可以用各种各样的方法测定。由第一校准器和Fabry-Perot干涉计产生的射线的强度最大值，一般出现在时间上不恒定的距离上。因此，一般可以不使用频率恒定的外部基准信号。但可以设想，该Fabry-Perot干涉计的控制这样地适应，使得射线强度调制的最大值在时间上相同的距离出现。在这种情况下可以使用频率恒定的基准信号。

作为替代方案，还可以首先绘制第一频谱范围的整个吸收频谱，并用数据处理单元这样地进行变换，使得该强度最大值在时间上间隔距离相等。这样产生的测量信号同样可以与外部产生的基准信号进行比较。

还可以设想，首先接收吸收频谱，其中该第一或第二测量段用成份已知的基准液体填充或抽真空，而这里该检测器给出的测量信号作为基准信号用于其他测量。

若不使用锁定放大器，则还可以设想，通过由检测器测量的强度最大值的积分确定吸收频谱。从出现一个强度最大值的时刻起，可以在Fabry-Perot干涉计已知的宽度上在此刻得出波长的结论，它在Fabry-Perot干涉计的这种调整中透射，并以此还在出现各自强度最大值的波长上。若现在通过整个强度最大值，亦即，从一个强度最大值到下一个进行积分，则可以从积分值与基准测量的比较得出在该波长下相对吸收的结论，并在第一频谱范围内建立完整的吸收频谱，而不需要锁定放大器。

在另一个优选的实施例中，该Fabry-Perot干涉计这样地调整，使得由Fabry-Perot干涉计形成的带通滤波器这样地在第二频谱范围上移动，使得该第二校准器对该射线的频谱调制，作为射线强度的时间调制被第二检测器测量。此外，即使在这种实施方式下，为了在第二频谱范围内测定吸收频谱，最好把由第二检测器给出的测量信号用第二锁定放大器与基准信号进行比较。

此外，干涉计特别优选这样地调整，使得该液体的吸收频谱可以同时在第一和第二频率范围测定。这个实施方式是特别有利的，因为它允许在特别短的时间内绘制液体在第一和在第二频谱范围内的吸收频谱。

尤其即使只使用一个检测器来测量该射线在第一和在第二频谱范围内的强度，这也是可能的，因为第一和第二校准器对该射线的强度调制，它还可以集成一体(亦即，形成为一个零件)。首先用单个检测器测量该吸收光谱在第一和在第二频谱范围内的叠加。但因为在经过该几个或一个校准器之后该射线的强度最大值是不同的，具有与频谱范围相关的距离，该吸收光谱可以在记录之后简单地分开。这可以用电子方法，通过傅里叶分析或通过两个锁定放大器进行，使用对于各自的频谱范围不同特性的基准信号。因此，在这个上下文中除了针对该锁定方法进行振幅调制以外，还可以利用频率调制来进行信号序列傅里叶分析。

附图说明

现将参照描述四个实施例的附图阐述本发明。附图中：

图1是按照本发明的装置第一实施例；

图2是按照本发明的装置第二实施例；

图3是按照本发明的装置第三实施例；

图4是按照本发明的装置第四实施例；

图5是按照本发明的装置第五实施例；

图6是从检测器给出的测量信号测定吸收频谱用的方法；

图7是第一实施例在第一频谱范围校准器的透射光谱；

图8是第一实施例在第二频谱范围内的校准器的透射光谱；而

图9是图7和8显示的透射光谱的叠加。

具体实施方式

图1显示按照本发明装置的第一实施例，具有第一射线源1、第一校准器3、第一测量段5、Fabry-Perot干涉计7和检测器9，它们沿着第一光程11安排。所谓第一射线源，指的是热辐射器(例如，膜式辐射器、螺旋辐射器或能斯脱灯棒)，它们在2μm至20μm的频谱范围内有连续频谱，其最大值大约在5μm。

在射线扩展方向上安排在射线源1后面的校准器3由100μm厚的硅圆片组成，在第一频谱范围和在第二频谱范围内发射射线，并在两个频谱范围具有多个透射最大值。校准器3在包括4μm至5μm波长的第一频谱范围内所算出的透射率示于图7，其中在横坐标轴13上显示波长，而在纵坐标轴15上显示透射率。在第一频谱范围内校准器3有35个透射最大值17和同样多个透射最小值19。校准器3在包括8μm和11μm之间波长的第二频谱范围所算出的透射率示于图8，其中对于所有附图发音相同的(gleichlautende)要素使用相同的引用符号。在图8中在横坐标轴13上显示波长，m，而在纵坐标轴15上显示校准器3的相对透射率。在频谱范围内校准器3有25个透射最大值17和同样多个透射最小值19。

在射线扩展方向上沿着第一光程11接着安排第一测量段5，它指的是，例如，用呼吸气体填充的样品池。校准器3安排得使背向该样品池表面的表面21不与此平行，以便防止样品池和校准器3之间不希望有的校准器作用。

接着在第一光程11中安排Fabry-Perot干涉计，它具有第一和第二镜面23，25，其中第一镜面23平行于第二镜面25的走向并被指定用于它。Fabry-Perot干涉计7的镜面23，25的距离可以这样调节，使得由Fabry-Perot干涉计7形成带通滤波器，同时在第一和第二频谱范围内透射射线。

再接着在射线扩展的方向上安排检测器9，测量横穿校准器3、第一测量段5和Fabry-Perot干涉计7之后的射线强度。所谓检测器9指的可以是例如量子检测器或热检测器，例如，热电传感器。

为了接收安排在第一测量段5中气体的吸收频谱，这样连续地改变镜面23，25的距离，使得由Fabry-Perot干涉计7形成的带通滤波器同时扫描第一和第二频谱范围。在每个时刻检测器9都绘制此时刻通过Fabry-Perot干涉计7镜面23，25的距离可以分配给波长的，由Fabry-Perot干涉计7形成的带通滤波器可以在此距离上透射或通过的射线的强度。因此，检测器9测量在第一和第二频谱范围透射的射线的叠加。

图9显示第一校准器3在第一和第二频谱范围内透射光谱的相应的叠加，其中上横坐标轴27代表第一频谱范围内的波长，m，下横坐标轴29代表在第二频谱范围内的波长，而纵坐标轴31代表在检测器9上测量的射线的相对强度。

按照本发明的第一实施例是特别有利的，因为它提供特别紧凑的装置，它允许同时绘制在两个频谱范围内液体同时被强度调制的射线的吸收频谱，而不必使用大机械组件。这种类型的装置不需保养、耐久和制造成本低廉。

获得在第一和第二频谱范围内的吸收光谱，必须把检测器9给出的测量信号33分开。为此可以使用透射最大值17在其位置上为此已知的第一和第二频谱范围的出现频率。例如，该装置可以具有第一和第二锁定放大器(未示出)，籍此把测量信号33各自与对该频谱范围适用的基准信号进行比较。这时，作为基准信号，例如，可以使用在各自的频谱范围内基准测量的测量信号33。

第一和第二频谱范围还可能通过傅里叶分析分开，其中充分利用透射最大值在这两个频谱范围内的不同的出现频率。

图2显示按照本发明的装置的第二实施例，这时Fabry-Perot干涉计7和第一测量段5的顺序对调。为此检测器35指的是宽带光声传感器(例如，微音器、悬臂、音叉整形振荡石英等)，安排在该第一测量段5形成的样品池37中。应用光声传感器是有利的，因为它们一方面允许在其他波长和动态范围上测量吸收光谱。另一方面只在实际上吸收液体存在时才产生信号。因此，即使对于小信号，亦即，只有微弱的吸收，仍能以良好的对比度进行检测。

第三实施例示于图3中，其上除了第一射线源1以外，还设置第二射线源39。第一和第二射线源1，39是两个宽带热辐射器，其射线被适当的带通滤波器41，43限制在第一和第二频谱范围内。第二射线源39发射的射线沿着第二光程45通过该装置引导。

沿着第一和第二光程11，45在扩展方向上在带通滤波器后面安排第一校准器3和第二校准器47，它们在第一或第二频谱范围内具有多个透射最大值。

由第一和第二射线源发射的射线射在这样安排的同一分光器49上，使得接着第一和第二光程彼此重叠或还平行地通过与第二测量段集成一体的第一测量段5(与其重合)，射过Fabry-Perot干涉计7并射在同一检测器9上。

图3所示的实施例是有利的，因为第一和第二射线源1，39彼此可以独立开关，并以此简单地使吸收光谱可能只对这两个频谱范围之一进行绘制。还可以使用不同厚度的校准器3和47，它们允许调制在第一和第二频谱范围内各自单独地调制与该液体的吸收频谱相适应。

图4显示第四实施例，它是图3所示第三实施例的变型。仅使用一个第一校准器3，代替第一校准器3、第二校准器47和分光器49，它同时作为分光器和作为校准器在第一和第二频谱范围内使用。这里充分利用校准器当它反射射线时，还有带通滤波器的功能。图4所示的按照本发明的装置是特别有利的，它有两个独立的射线源，和尽管如此仍具有一个特别紧凑的结构方式。

图5显示第五实施例，第一和第二校准器3，47应用在气体流过样品池37之前，其中该射线沿着第一和第二测量段5，5'射过该气体，其中第一和第二测量段5，5'长度不同。这个配置的优点是，它可以同时在其他浓度范围上，在较长的通路上检测吸收作用截面较小的气体，而在较短的通路上检测吸收作用截面大的气体。

最后，图6示意地显示从测量信号测定吸收频谱用的方法。在图6上部曲线图上在横坐标轴51上显示波长，而在纵坐标轴53上显示校准器和Fabry-Perot干涉计的透射率，其中虚线曲线55描述校准器的透射率，而实线曲线57描述Fabry-Perot干涉计的透射率，波长从小到大移动。为了测定吸收频谱，在测量信号记录期间对强度最大值和最小值进行积分。这示意地示于图6下面的曲线图，其中在横坐标轴51上同样显示波长，而在纵坐标轴59上显示积分的测量信号61。从对位置已知的最小或最大值的积分值可以通过与基准测量的比较求出吸收频谱，并借此确定该组份在液体中的浓度。该方法是特别有利的，因为可以确定该液体的吸收频谱，而它无需使用锁定放大器。

附图标记列表

1 第一射线源

3 第一校准器

5 第一测量段

7 Fabry-Perot干涉计

9 检测器

11 第一光程

13 横坐标轴

15 纵坐标

17 透射最大值

21 指向样品池的第一校准器表面

23 反射面

25 反射面

27 上横坐标轴

29 下横坐标轴

31 纵坐标轴

33 测量信号

35 检测器

37 样品池

39 第二射线源

41 带通滤波器

43 带通滤波器

45 第二光程

47 第二校准器

49 分光器

51 横坐标轴

53 纵坐标轴

55 校准器的透射曲线

57 Fabry-Perot干涉计的透射曲线

59 纵坐标轴

61 积分测量信号

Claims (15)

1.一种接收液体吸收的频谱用的装置，

带有第一射线源(1)，其沿着第一光程(11)在第一频谱范围内发射射线；

带有安排在第一光程(11)上的第一测量段(5)，沿着所述第一测量段射线射过所述液体；

带有安排在第一光程(11)上的可调节的Fabry-Perot干涉计(7)，其作为可移动的带通滤波器能透射在第一频谱范围内的射线；和

带有第一检测器(9，35)，其用以测量在第一频谱范围内的所述射线的强度，

其特征在于，

所述装置有第一校准器(3)用来对所述射线进行频谱调制，在所述第一校准器中镜面距离在测量期间不改变，所述第一校准器被安排在第一光程(11)上，而且所述第一校准器在第一频谱范围内具有多个透射最大值（17），和

Fabry-Perot干涉计(7)被建立来使由Fabry-Perot干涉计(7)形成的带通滤波器能在第一频谱范围上移动，使得第一校准器(3)对所述射线的频谱调制作为射线强度的时间调制被第一检测器（9，35)测量，并且根据测量时的每个时刻Fabry-Perot干涉计的已知宽度来推断出透射波长，并借此推断出所述射线的波长。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，为了从用第一检测器（9，35)测量的射线强度测定液体的吸收频谱，设置第一锁定放大器。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于，所述装置还包括第二射线源（39），该第二射线源（39）沿着第二光程（45）在第二频谱范围内发射射线，

所述装置具有第二检测器，用以测量在第二频谱范围内的射线的强度，

在第二光程（45）上安排第二测量段(5')，由第二射线源（39）发射的射线沿着所述第二测量段射过所述液体，

第一光程(11)和第二光程(45)被形成使得Fabry-Perot干涉计(7)安排在第一光程(11)和第二光程（45)上，

Fabry-Perot干涉计(7)作为可移动带通滤波器能透射在第二频谱范围内的射线，

所述装置具有第二校准器（47），用以对在第二频谱范围内的射线进行频谱调制，所述第二校准器被安排在第二光程（45）上，并在第二频谱范围内具有多个透射最大值（17），和

Fabry-Perot干涉计（7）被建立使得由Fabry-Perot干涉计(7)形成的带通滤波器能在第二频谱范围上移动，使得第二校准器（47）对在第二频谱范围内的射线的频谱调制作为射线强度的时间调制能由第二检测器测量。

4.按照权利要求3的装置，其特征在于，Fabry-Perot干涉计(7)被形成使得能同时在第一和第二频谱范围内透射射线，和

由Fabry-Perot干涉计（7）形成的带通滤波器能同时在第一和第二频谱范围上移动，使得第一和第二校准器(3，47)分别对在第一和第二频谱范围内的射线的频谱调制作为射线强度的时间调制能分别由第一和第二检测器测量。

5.按照权利要求3的装置，其特征在于，为了从用第二检测器测量的在第二频谱范围内的射线的强度测定液体的吸收频谱，设置第二锁定放大器。

6.按照权利要求3至5中一项的装置，其特征在于，第一校准器(3)形成为与第二校准器(47)集成一体。

7.按照权利要求3至5中一项的装置，其特征在于，第一测量段（5）与第二测量段(5')重合。

8.按照权利要求3至5中一项的装置，其特征在于，第一检测器（9，35)形成为与第二检测器集成一体。

9.按照权利要求3至5中一项的装置，其特征在于，第一射线源（1）形成为与第二射线源（39）集成一体。

10.按照权利要求9的装置，其特征在于，第一射线源（1）是热辐射器，第一射线源(1)的强度能在时间上迅速地进行调制，使得所述第一射线源(1)的射线强度的相对改变在所述第一和第二频谱范围之一比另一个频谱范围更强烈地突出。

11.在第一频谱范围用按照权利要求1至10中一项的装置接收液体吸收频谱的方法，

其特征在于，

对Fabry-Perot干涉计(7)进行调整，使得由Fabry-Perot干涉计(7)形成的带通滤波器在第一频谱范围上移动，使得第一校准器(3)对在第一频谱范围内的射线的频谱调制作为射线强度的时间调制由第一检测器（9，35)测量。

12.根据权利要求11的方法，其利用根据权利要求2的装置，其特征在于，为了在第一频谱范围内测定吸收频谱，由第一检测器（9，35)给出的测量信号（33）用第一锁定放大器与基准信号进行比较。

13.根据权利要求11的方法，其利用根据权利要求3的装置，其特征在于，对Fabry-Perot干涉计(7)进行调整，使得由Fabry-Perot干涉计(7)形成的带通滤波器在第二频谱范围上移动，使得第二校准器(47)对所述在第二频谱范围内的射线的频谱调制作为射线强度的时间调制由第二检测器测量。

14.根据权利要求11的方法，其利用根据权利要求5的装置，其特征在于，为了在第二频谱范围内测定吸收频谱，用第二锁定放大器把第二检测器给出的测量信号（33）与基准信号进行比较。

15.根据权利要求11的方法，其利用根据权利要求4的装置，其特征在于，对Fabry-Perot干涉计(7)进行调整，使之能同时测定液体在第一和第二频率范围上的吸收频谱。