CN108020521B - 确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定气体组分的浓度的装置（1），其被设计为具有：辐射源（30），其用于放射（31）在红外波长范围内的光放射；两个探测器装置（52，62），其具有两个被构造为适于检测在两个探测器装置（52，62）中的由辐射源（30）产生的光放射的探测器元件（50，60）以及分配给两个探测器元件（50，60）的两个滤波元件（51，61）。两个探测器元件（50，60）关于辐射源被定向为，使得以两个探测器装置（52，62）为条件得出重叠区域（65）。重叠区域（65）导致例如可能由于气体分子或湿气（400）引起的衰减作用于两个探测器元件（50，60）并且因此在浓度确定方面被补偿。

Description

确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置
技术领域/背景技术
本发明涉及一种用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置。用于确定呼吸气体混合物中的气体组分的浓度的装置尤其被用于确定由病人呼出的二氧化碳的浓度值。DE10047728 B4描述了一种用于测量二氧化碳、笑气和麻醉气体的传感器。示出了一种由四个具有所分配的探测器元件的光学滤波元件构成的装置。由滤波元件和探测元件构成的组合围绕射束混合系统布置。实施在多光谱传感器中的这样的射束混合系统在EP 0 536 727 B1予以了示出。在临床日常应用中，这样的传感机构例如用在二氧化碳分析仪（Kapnographen）、以及所谓的CO2主流传感器（CO2-Mainstream-Sensor）或者CO2测流传感器中。US 5 261 415 B2示出了CO2主流二氧化碳图传感器（CO2-Mainstream-Kapnografie-Sensor）。在引导呼吸气体的比色杯中布置有插入件，在所述插入件中又布置有红外光学测量系统。从EP 0 536 727 B1中可以看出，复杂光学部件必须如何来构造和布置，以便实现有效的射束混合。射束混合所具有的任务是，有效地让局部出现的污染物在参考通道以及测量通道中变得对称。这是必需的，以便在所有工作点都确保测量通道与参考通道的比例，使得污染物、水蒸气以及探测器元件的老化效应可以持续地在运行中得到平衡。如EP 0 536 727 B1中示出的解决方案的缺点是，射束混合通过如下方式导致信号衰减：红外光必须在测量比色杯中被多次偏转和反射。该信号衰减导致较差的信噪比（SNR）。这于是造成，为了实现所需测量值分辨率，必须借助于提高吸收长度来补偿测量信号的减小。吸收长度的提高导致构造实施方式的增大。对射束混合和多个参与其中的部件的需求进一步在所参与部件的高公差要求（公差链）和复杂度、以及由此造成的EP 0 536 727 B1类型的多光谱传感器的高制造成本方面造成不利影响。
发明内容
从前述现有技术和关于其描述的缺点出发，作为本发明的任务所得出的是，提供一种用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置，所述装置的特点在于在相比较来说适宜的制造成本的情况下的小的空间需求。
通过具有本发明特征的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置来解决该任务。
又继续通过具有本发明特征的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置来解决该任务。
本发明的有利的实施方式在下面的描述中部分地参考附图予以进一步阐述。
根据本发明，在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中设置有下列部件：
-辐射源，其适于并且被设计用于借助于光放射（Lichtabstrahlung）的放射面在lambda1（λ1）= 2500 nm至lambda2（λ2）=14000 nm波长范围内进行放射，
-两个探测器装置，其具有两个适当地构造用于检测由辐射源生成的光放射的探测器元件、以及两个布置在探测器元件处的带通滤波元件，
-光阑元件（Blendenelement）B，
-流动通道，其具有第一光穿透元件F1并且具有第二透光元件F2，
-控制单元。
由辐射源放射的光基本上成直角地从放射面朝着该装置的竖直轴的方向发射。
辐射源的lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm的波长范围使得能够以红外光学形式测量笑气浓度、二氧化氮浓度以及诸如挥发性麻醉气体或甲烷之类的不同碳氢化合物。
探测器元件例如被构造为半导体探测器、热电探测器（热电检测器）、温差电探测器（温差电堆，温差电元件）、热探测器（辐射热测量计）、以及也被构造为半导体探测器和热探测器的组合。探测器元件被构造用于检测红外波长范围中的红外辐射的光，以这种典型的方式给出由气体、例如二氧化碳引起的吸收。
带通滤波元件例如被构造为在衬底上的干涉层形式的光学干涉滤波器。所述带通滤波元件透射由测量气体的吸收范围所定义的、在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0范围内的波长范围中的光。
透光元件F1、F2可以被构造为以板材或薄膜形式的玻璃材料、塑料材料。透光元件F1、F2彼此相对地气密地置入到流动通道的壁部中。透光元件F1、F2被配置为让在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm的波长范围内的光透过。
带通滤波元件的布置被构造为使得由辐射源发出的红外辐射在直接的光路上或者在间接的光路上、例如借助于由在光路中的反射元件或镜面装置所引起的红外辐射的偏转，分别经过处于两个探测器元件之前的两个带通滤波元件。
两个带通滤波元件中的至少一个被构造为对于某波长范围中的红外辐射光学可透过，所述红外辐射被测量气体吸收。
其上布置有所述带通滤波元件的探测器元件是在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中的所谓测量通道。
两个带通滤波元件中的至少一个被构造为对于某波长范围中的红外辐射光学可透过，所述红外辐射未被测量气体吸收或仅仅轻微地被测量气体吸收。
其上布置有所述带通滤波元件的探测器元件是用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中的所谓参考通道。
在两个探测器装置中，两个探测器元件与两个布置在探测器元件处的带通滤波元件一起在其表面处形成两个探测面。所述探测面用于接收由辐射源产生的到探测器元件的光放射。带通滤波元件用于对由辐射源产生的光进行滤波、以及将其传递到探测器元件。
典型的常被称为目标气体的测量气体例如是二氧化碳或者笑气、以及多种气态有机化合物、比如甲烷或挥发性麻醉气体、例如氟烷、异氟醚、地氟醚、安氟醚。
带通滤波元件被构造为对在2.5μm至14μm波长范围的允通范围中的红外光进行光学滤波。
因此利用这样的带通滤波元件实现了气体的允通范围，该允通范围被列举在下面的表格1中。
编号 气体类型 波长范围
1 二氧化碳 4.2至4.4μm CO<sub>2</sub>
笑气 7.8至9.0μm N<sub>2</sub>0
甲烷 3.1至3.5μm CH<sub>4</sub>
乙烷 3.2至3.6μm C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>
氟烷 8至10μm C<sub>2</sub>HBrClF<sub>3</sub>
异氟醚 8至10μm C<sub>3</sub>H<sub>2</sub>OClF<sub>5</sub>
异氟醚 8至10μm C<sub>3</sub>H<sub>2</sub>ClF<sub>5</sub>O
七氟醚 8至10μm C<sub>4</sub>H<sub>3</sub>F<sub>7</sub>O
地氟醚 8至10μm C<sub>3</sub>H<sub>2</sub>F<sub>6</sub>O
丙酮 8至10μm C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>O
乙醇 8至10μm C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH
表1。
气体：笑气、氟烷、异氟醚、七氟醚和地氟醚在执行麻醉时、例如在外科手术时被用于麻醉病人，丙酮作为病人的可能的代谢产物出现，并且因此例如包含在糖尿病人的呼出气体中。乙醇例如可以在醉酒病人的情况下存在于呼出气体中。
在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度装置借助于控制单元来检测测量通道和参考通道的测量值并且将它们形成比例。通常，形成测量通道的所检测的测量值与参考通道的所检测的测量值之商，并且该商指示在用于浓度确定的装置中的测量气体的浓度（即位于光路中的气体量的浓度）的度量。
根据本发明，具有布置在其上的带通滤波元件的探测器元件与带通滤波元件彼此之间的空间布置以及具有布置在其上的带通滤波元件的探测器元件与带通滤波元件的空间布置形成两个探测器装置作为探测器配置。
根据本发明，与两个探测器装置相对地布置有放射性或反射性光学元件，所述光学元件要么将光量直接朝着两个探测器装置的方向放射并且放射到两个探测器装置上，要么将光量间接地借助于朝着两个探测器装置的方向的反射朝着探测器装置的方向传导并且传导到探测器装置上。
用于将光量直接朝着两个探测器装置的方向放射并且放射到两个探测器装置上的光学放射性元件是辐射源。
用于间接地将光量朝着探测器装置的方向传导并传导到探测器装置上的光学反射性单元是反射器装置、反射元件或光学反射镜，其反射辐射源或其它适于生成光的照明源的光量，并且在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中例如与两个探测器装置相对置地被布置。反射元件或镜可以以板材或薄膜形式的玻璃材料、塑料材料制成。
根据本发明， 控制单元、辐射源和两个探测器装置相对于辐射源的空间布置构造用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置。
根据本发明的第一方面，探测器装置相对于辐射源的空间布置以以下方式被构造：具有两个探测器元件和两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件的探测器装置相邻地布置在辐射源的同一侧。
根据本发明的另一方面，探测器装置相对于辐射源的空间布置以以下方式被构造：具有两个探测器元件和两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件的探测器装置与辐射源相对置地被布置。
在根据本发明的第一方面的根据本发明的第一实施方式中，具有两个探测器元件和两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件的两个探测器装置以第三间隔l3（优选在0.1mm至10.0mm范围内）与辐射源相对置地被布置。
在根据另一方面的根据本发明的第二实施方式中，具有两个探测器元件和两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件的探测器装置与辐射源相邻地布置在同一侧。
在此，辐射源基本上居中地在具有两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件的两个探测器元件之间集成地布置到探测器装置中。
与辐射源相对置地并且与两个探测器装置相对置地，在所述两个根据本发明的实施方式中，以第三间隔l3'（优选地在0.1mm至5mm范围内）布置有至少一个光学反射性、优选被设计为平面的光学反射性元件，所述反射性元件借助于反射面被设计为将从辐射源出射到反射面上的光量朝着两个探测器装置的方向反射。
在测量通道探测器元件/带通滤波元件/参考通道探测器元件/带通滤波元件的两个探测器装置的布置中，根据本发明根据第一和第二实施方式，将在测量通道探测器元件/带通滤波元件与参考通道探测器元件/带通滤波元件之间的水平间隔l0选择在0.1mm至10mm的优选的范围内。
根据本发明根据第一和第二实施方式，两个探测器装置与相对置的光学放射性（辐射源）或光学反射性元件相距的间隔与其余部件在长度、宽度、高度方面的尺寸确定（Dimensionierung）以及用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的部件（探测器元件、带通滤波元件、辐射源的放射面、光学反射性元件的反射面）的相应的平面尺寸相匹配，使得用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置作为小型构造装置而产生。
用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的小型构造装置在本发明的意义上应当被理解为一种如下的装置：所述装置的测量体积被设计为在0.05ml至0.2ml的范围内，并且所述装置在长度、宽度或高度方面的最大结构上的延伸被设计为在2mm至10mm的范围内。
这所得出的优点是，通过构造用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的部件的小型构造装置，以简单方式并且在无需用于射束偏转或用于生成多次反射的另外元件的情况下，在方向为从辐射源或光学反射性元件到两个探测器元件的光路之间得出重叠区域。
具有带有布置在其上的带通滤波元件的两个探测器元件的两个探测器装置的、和辐射源的、或者光学反射性元件的布置的几何形状得出所述重叠区域。该重叠区域竖直地从探测器元件的布置的平面朝着辐射源或光学反射性元件的方向出现。该重叠区域以与射束混合类似的方式起作用，但是没有与射束混合相关联的缺点，即不必考虑到由于多次偏转造成的信号衰减以及与之相关联的不适宜的信噪比（SNR）。因此，重叠区域似乎代替了例如在之前提到EP 0 536 727 B1所使用的射束混合功能，也就是说，局部出现的污染物可以对称地不仅在参考通道而且在测量通道中变为有效的，而没有在EP 0 536 727 B1的上下文中提到的缺点。重叠区域使得能够测量在呼吸气体混合物中的对诸如湿气（Feuchtigkeit）（冷凝水、水蒸气）或杂质基本上不敏感的至少一种气体组分。部件的小型构造装置的重叠区域确保了：测量通道与参考通道的信号比例在所有工作点都被保证，使得污染物、水蒸气以及探测器元件的老化效应可以在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的运行中持久地被补偿。以构造的几何形状为条件，例如气体分子、水蒸气、冷凝水或其它杂质、例如灰尘位于两个探测器元件的光路中，使得水蒸气、冷凝水或者其它杂质的影响在测量信号中、例如作为测量值的幅度衰减（不仅在测量通道而且参考通道中）表现出来。由此得出以下可能性，借助于将参考通道和测量通道的信号形成比例来消除湿气（水蒸气、冷凝水）或其它杂质的影响，因为所述影响分别在参考通道和测量通道的信号中几乎相同地并且以相同地效应起作用。
通过选择测量通道探测器元件/带通滤波元件和参考通道探测器元件/带通滤波元件彼此的几何形状、比如其彼此之间的间隔，可以定义重叠的区域。
根据第一实施方式，可以在与在辐射源与测量通道探测器元件/带通滤波元件和参考通道探测器元件/带通滤波元件的布置彼此之间的竖直间隔的选择相互作用的情况下，以针对测量气体的空间扩展、平面重叠、有效重叠体积进一步改变和定义重叠区域的构造。
根据第二实施方式，可以在与光学反射性元件与测量通道探测器元件/带通滤波元件和参考通道探测器元件/带通滤波元件的布置彼此之间的竖直间隔的选择相互作用的情况下，以针对测量气体的空间扩展、平面重叠、有效重叠体积进一步改变和定义的重叠区域的构造。
为了定义用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的小型构造装置的合适配置，借助于例如以在部件之间的间隔以及其构造延伸之商形式的比例度量来选择。在本发明的意义上，部件根据长度l或宽度b的水平扩展可以被理解为构造延伸，其中长度l在笛卡尔坐标系中被定向为与宽度b成直角。
在此作为特殊形式，在选择相等长度l和宽度b的情况下得出正方形延伸、以及替代于长度l和宽度b具有直径d的圆形延伸。
在表2a和2b中，根据长度和间隔的比例来阐述小型构造装置的合适布置的定义。
下列各项之间的间隔： 附图标记
光学反射性元件的反射面与探测器装置的探测面 l<sub>3</sub>
辐射源的放射面与探测器装置的探测面 l<sub>3</sub>
光阑元件B与探测器装置的探测面 l<sub>DB</sub>
第一透光元件F1与辐射源的放射面 l<sub>F1</sub>
第一透光元件F1与光学反射性元件的反射面 l<sub>F1</sub>
第二透光元件F2与探测器装置的探测面 l<sub>F2</sub>
测量通道探测器元件/带通滤波元件与参考通道探测器元件/带通滤波元件之间的水平间隔 l<sub>0</sub>
表2a
下列各项的延伸/水平扩展（长度/直径） 附图标记
光阑元件 l<sub>B</sub>
辐射源 l<sub>S</sub>
光学反射性元件 l<sub>R</sub>
两个探测器装置（参考通道，测量通道） l<sub>D1,2</sub>
表2b。
根据本发明的第一实施方式，得出用于确定气体组分的浓度的装置的小型构造装置，其具有：
-辐射源，其适于并且被设计用于放射在lambda1（λ1）= 2.5 μm至lambda2（λ2）=14.0 μm波长范围内的光放射，
-两个探测器装置，
-所述探测器装置具有：适当地被构造用于检测由辐射源产生的光放射的两个探测器元件，
-所述探测器装置具有：两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件，所述带通滤波元件被构造用于检测由辐射源产生的光放射，
-流动通道，其被构造用于气流的、与光放射的竖直轴基本上成直角构造的流动引导（Strömungsführung），
-第一透光元件F1和第二透光元件F2，它们二者都被构造为对于在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm波长范围中的光放射光学可透过，
-光阑元件B，其用于将光束从辐射源引导到两个探测器装置的探测面上，
-控制单元，其用于控制辐射源的运行并且用于两个探测器元件的信号检测。
在此，两个带通滤波元件之一被构造为对于被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，并且两个带通滤波元件之一被构造为对于红外辐射对于未被测量气体吸收的辐射光学可透过。
辐射源的放射面被布置为与两个探测器装置的两个探测面相距竖直间隔l3。
第二透光元件F2作为流动通道的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置为，使得针对第二透光元件F2关于竖直间隔l3根据下列关系
Figure 98065DEST_PATH_IMAGE001
≥0.5得出间隔lF2，并且针对第二透光元件F2，间隔lF2根据下列关系
Figure 811943DEST_PATH_IMAGE002
关于竖直间隔l3并且关于与两个探测器装置的探测面的间隔lBD得出比例。
第一透光元件F1作为流动通道的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置为，使得针对第一透光元件F1根据下列关系
Figure 326101DEST_PATH_IMAGE003
0.3关于竖直间隔l3得出间隔lF1。
光阑元件B在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置在流动通道处或流动通道之外，使得针对光阑元件B的水平扩展根据下列关系
Figure 393414DEST_PATH_IMAGE004
0.25关于辐射源的水平扩展ls得出比例。
在用于确定气体组分的浓度的装置中的光阑元件B被布置在流动通道处或流动通道之外，使得针对光阑元件B的水平扩展根据下列关系
Figure 942207DEST_PATH_IMAGE005
关于辐射源的水平扩展ls以及关于探测器装置的水平扩展lD1,2得出比例。
该几何关系造成：在用于确定气体组分的浓度的装置的第一实施方式中，在流动通道中得出用于由辐射源生成的在两个探测器装置之间的光放射的重叠区域。根据第一实施方式，作为长度和间隔的比例的所述关系从根据表2a和2b的长度和间隔定义中得出。
根据本发明的第二实施方式得出用于确定气体组分的浓度的装置的小型构造装置，其具有：
-辐射源，其适于并且被设计用于放射在lambda1（λ1）= 2.5μm至lambda2（λ2）=14.0 μm波长范围内的光放射，
-适于光反射的、与辐射源相对置地被布置的光学反射性元件，
-两个探测器装置，
-所述探测器装置具有：适当地被构造用于由光学反射性元件反射的辐射
-所述探测器装置具有：两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件，所述带通滤波元件构造探测面，用于检测由辐射源产生的光放射，
-流动通道，其被构造用于气流的、与光放射的竖直轴基本上成直角被构造的流动引导，
-第一透光元件F1和第二透光元件F2，它们二者都被构造为对于在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm波长范围中的光放射光学可透过，
-光阑元件B，其用于将光束从辐射源引导到两个探测器装置的探测面上，
-控制单元，其用于控制辐射源的运行并且用于两个探测器元件的信号检测。
在此，两个带通滤波元件之一被构造为对于被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，并且两个带通滤波元件之一被构造为对于红外辐射对于未被测量气体吸收的辐射光学可透过。
光学反射性元件的放射面以与两个探测器装置的两个探测面相距竖直间隔l3被布置。
第二透光元件F2作为流动通道的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置中被构造为使得针对第二透光元件F2关于竖直间隔l3根据下列关系
Figure 764669DEST_PATH_IMAGE006
≥0.5得出间隔lF2，并且针对第二透光元件F2，间隔lF2根据下列关系
Figure 828440DEST_PATH_IMAGE007
关于竖直间隔l3以及关于与两个探测器装置的探测面的间隔lDB得出比例。
第一透光元件F1作为流动通道的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置为使得针对第一透光元件F1关于竖直间隔l3根据下列关系
Figure 761761DEST_PATH_IMAGE008
0.3得出间隔lF1。
光阑元件B在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置在流动通道处或流动通道之外，使得针对光阑元件B的水平扩展根据下列关系
Figure 850547DEST_PATH_IMAGE009
0.25关于光学反射性元件的水平扩展lR得出比例。
光阑元件B在用于确定气体组分的浓度的装置中被布置在流动通道处或流动通道之外，使得针对光阑元件B的水平扩展根据下列关系
Figure 578331DEST_PATH_IMAGE010
关于辐射源（30）的水平扩展ls以及关于探测器装置的水平扩展lD1,2得出比例。
该几何关系造成：在用于确定气体组分的浓度的装置的第二实施方式中，在流动通道中得出用于由光学反射性元件反射的、处于两个探测器装置之间的辐射的重叠区域。根据第二实施方式，作为长度和间隔的比例的所述关系从根据表2a和2b的长度和间隔定义中得出。
下面在表3a中再次以总览的形式列举了之前提到的几何结构构造的关系，所述几何结构构造得出了根据第一实施方式以及第二实施方式的、在流动通道中具有重叠区域的小型构造实施方式。
第一实施方式关系（等式，公式） 第二实施方式关系（等式，公式）
A
Figure 332660DEST_PATH_IMAGE011
0.5		 A
Figure 866410DEST_PATH_IMAGE012
0.5
B
Figure 124216DEST_PATH_IMAGE013
 B
Figure 226164DEST_PATH_IMAGE014
C
Figure 202210DEST_PATH_IMAGE015
0.3		 C
Figure 477334DEST_PATH_IMAGE016
0.3
D
Figure 917543DEST_PATH_IMAGE017
0.25		 D'
Figure 987130DEST_PATH_IMAGE018
0.25
E
Figure 716051DEST_PATH_IMAGE019
 E'
Figure 716237DEST_PATH_IMAGE020
表3。
第一实施方式的优选实施方式中，辐射源被构造为面辐射器、薄膜辐射器或者被构造为以基本上平面地构成的辐射面构造的辐射元件、或者被构造为以基本上平面地构成的放射面构造的发光二极管（LED）。放射面被设计用于在放射面之上的均匀的放射。面辐射器或膜辐射器的放射面、以及发光二极管的基本上平面地构成的光出射面的放射面优选地针对根据第一根据本发明的实施方式的装置被设计为处于2.0mm2至10mm2范围内。在此，两个探测器装置之间的间隔l0被设计为处于0.05mm至1.0mm的范围内。
在第二实施方式的优选实施方式中，辐射源被构造为点辐射器或者点状放射发光二极管（LED），利用所述点辐射器或点状放射发光二极管基本上以80°至170°的水平放射角朝着反射元件的方向对准，并且被构造用于朝着光学反射性元件的方向均匀放射。点辐射器的放射面以及点状放射发光二极管的放射面优选地针对按照根据本发明的第二实施方式的装置被设计为处于大约0.05mm2至1.0mm2的范围内。在此，两个探测器装置之间的间隔l0被设计为处于大约200μm至大约800μm的范围内。与辐射源相对置的光学反射性元件的反射面优选地针对按照根据本发明的第二实施方式的装置被设计为处于大约2.0mm2至10mm2的范围内。
在第二实施方式的优选实施方式中，光学反射性元件配备有表面结构，所述表面结构被构造用于例如借助于光混合或光散射将反射光优选均匀地分布到两个探测器装置上。这样的表面结构例如是具有沟槽、凹陷、凹版或缺口的图案，所述图案可以借助于通过塑料材料中的模塑或冲压引起的成形来构成。其替代方案是被施加到光学反射性元件上的、利用表面结构来结构化的薄膜。
根据第一和第二实施方式，两个探测器元件中的每个优选地与在两个探测器元件之间的、优选居中地延伸的竖直轴第一间隔l1、在0.1mm至10mm范围内被布置。
根据第一和第二实施方式，两个布置在两个探测器元件处的带通滤波元件中的每个优选地与在两个探测器元件之间的、优选居中地延伸的竖直轴相距第二间隔l2、在0.1mm至10mm的范围内被布置。
在另一优选实施方式中，探测器元件被构造为温差电堆或温差电元件。
在另一优选实施方式中，探测器元件被构造为半导体探测器、例如InAsSb探测器（铟砷锑探测器）。
在另一优选实施方式中，探测器元件被构造为热电探测器。
在另一优选实施方式中，探测器元件被构造为辐射热测量计。
作为温差电堆、温差电元件、热电探测器和辐射热测量计的优点可以列举的是，它们可以低成本地构造并且可以用作在3至14μm的宽的波长范围中的热探测器。
作为半导体探测器的优点可以列举的是，其测量灵敏度可以非常好地与所期望的波长范围相协调。此外，半导体探测器具有较小的信号升高时间（t10_90）。
在根据第一实施方式以及根据第二实施方式的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中，在一个优选实施方式中，第一和第二透光元件构造适于引导呼入气体和/或呼出气体的流动通道。呼入气体和/或呼出气体作为主要流动被引导通过流动通道，并且在此经过在辐射源与两个探测器元件和布置在所述探测器元件处的带通滤波元件之间的光路。气体浓度的检测在此在主要流动中进行。在此根据第一实施方式，用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置通过探测器装置、第一和第二透光元件、光阑元件和辐射源构成。在此根据第二实施方式，用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置通过探测器装置、第一和第二透光元件、光阑元件、光学反射性元件和辐射源来进行。
这样的实施方式的构型例如是用于测量病人的呼出气体中的二氧化碳浓度的装置，其作为直接处于病人嘴部区域处的装置，所述装置常常被称为“主流CO2传感器”。
这样的实施方式的其他构型例如是用于测量病人处的二氧化碳以及另外的气体浓度、尤其是麻醉气体的分析装置，其中直接在嘴部区域处通过布置在分析装置中的泵持续地将气体量从嘴部区域经由具有小直径的软管吸出或运送到分析装置，并且该气体量在那里在气体组成和气体浓度方面被分析。在此情况下感兴趣的是吸入的病人气体浓度以及呼出的病人气体浓度。这样的测量方法常常也被称为所谓的“吸出式气体测量”或者被称为所谓“侧流麻醉气体监视”。
针对麻醉领域中的气体测量应用，用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的构造大小——尤其是对于侧流应用而言——扮演了重要角色。辐射源与探测器元件或带通滤波元件之间的优选处于0.1mm至10mm范围的间隔l3以及辐射源与光学反射性元件（镜、反射器）之间的处于0.1mm至5.0mm范围的间隔l3'与探测器元件（辐射热测量计、微辐射热测量计、微辐射热测量计阵列、热电探测器、温差电元件、温差电堆、半导体探测器）的、具有优选处于2.0mm2至10.0mm2范围内的放射面的辐射源的构造大小，和具有优选处于0.5mm2至20mm2范围内的探测面的带通滤波元件的构造大小，和两个探测器元件的、彼此以在小于10mm的优选的范围内的间隔的布置的构造大小相互作用能够实现
针对具有在小于0.4ml、例如0.05ml至0.2ml范围内的小的测量体积的、用于确定在呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置的构造大小。
于是在具有利用布置在装置中的泵进行的50ml/min至200ml/min的吸出体积流的“吸出气体测量”中，得出用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中的、测量体积交换0.1s至0.5s的时长。
与大约每分钟6次呼吸至每分钟24次呼吸（对应于每秒0.1至0.4次呼吸）的人呼吸频率相比，利用本发明所提出的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置能够实现如下的时间测量分辨率：所述时间测量分辨率使得能够结合合适地选择的采样率来检测呼吸气体中的浓度改变，作为分辨呼吸的测量数据。
一般而言，构造大小扮演另一重要角色，因为由于所述间隔，不仅实现了小的测量体积，而且在探测器元件与辐射源之间的光学路径长度必须被保持得小。这导致，在探测器元件处可以检测测量数据，所述测量数据具有拥有良好信噪比（SNR）的足够的信号高度，使得鲁棒信号质量的高测量灵敏度可供使用，所述测量灵敏度结合合适的放大器电路和高级模数转换器（A/D转换器）实现了例如具有16位量化或更精细量化（20位、24位）的尽可能无噪声的高测量分辨率。
在另一优选实施方式中通过以下方式给出将构造大小和几何结构构型最小化的其他可能性，填充空间区域，所述空间区域在：
-探测器装置与光阑元件B；
-光阑元件B与第二透光元件F2；
-辐射源与第一透光元件F1；
-光学反射性元件与第一透光元件F1；
-探测器装置与第二透光元件F2；
之间用光学可透过的材料、例如塑料材料、石英、锗或者硅来填充，所述光学可透过材料具有光学折射率n≥1。由此得出以下可能性，将在表1中所提到的间隔l3、lF1、lF2、lDB减小至所使用的材料的作为因子的折射率n分之一。
由此在另一优选实施方式中得出以下可能性，在考虑到填充所述空间区域的光学可透过材料的光学折射率n的情况下，使用在表1中提到的长度l3、lF1、lF2、lDB替代于物理几何长度扩展作为物理光学长度扩展，针对用于确定呼吸气体混合区中的至少一种气体组分的浓度的装置的几何结构构型用作小型构造装置。在此，里面以填充空间方式使用了光学可透过材料的长度lF1、lF2、lDB的尺寸确定被减小至与光学折射率的数值n相对应的因子分之一。作为结果，从减小在探测器装置与第二透光元件F2之间的间隔lF2的可能性中在考虑到关系
Figure 948636DEST_PATH_IMAGE021
0.5（A，表3）的情况下得出减小在辐射源的放射面与第二探测器装置的探测面之间、或光学反射性元件的反射面到两个探测器装置的两个探测面的竖直间隔l3。
伴随填充在探测器装置与光阑元件B、光阑元件B与第二透光元件F2、辐射源与第一透光元件F1、光学反射性元件与第一透光元件F1或者探测器装置与第二透光元件F2之间的空间区域所得出的优点是，没有气体能够从流动通道中侵入到用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置中的部件、光路或者放射和/或反射辐射的区域中。即使在用于浓度确定的装置的运行过程中可能应出现流动通道中的透光元件的密封体中的泄露，气体量到这些空间区域中的侵入仍然通过所述填充被防止。例如二氧化碳例如在探测器装置与第一透光元件F1之间的空间区域中的侵入和长期残留可能在CO2的测量的其他过程中使在运行的其他过程中的测量失真，因为这些侵入的CO2量可能导致光路中的附加的波长特定的衰减。该问题可以通过利用光学可透过材料填充空间区域来减小。
通过测量通道和参考通道的重叠，有利地实现了：分辨呼吸的、以类似方式不仅作用于测量通道而且作用于参考通道的效应、比如测量温度改变、杂质、水蒸气、湿气、辐射源或光学反射性元件的污染物的所检测的测量数据在没有其他的信号处理和测量数据校正（诸如基于外部提供的湿度和/或温度数据的湿度和/或温度补偿）的高成本的情况，直接地并且及时地在实际的物理测量的时间点可供使用。
所描述的实施方式本身以及以组合形式或彼此组合的形式分别描述用于确定在呼吸气体混合物中的气体组分的浓度的装置的特别构型。在此，通过组合或组合多个实施方式得出的全部和可能的其他实施方式及其优点同样被本发明设想一并涵盖，即使为此没有详细地分别解释实施方式的全部组合可能性。
附图说明
现在借助于下面的附图和所属的附图说明在不限制一般性的发明设想的情况下进一步阐述本发明。其中：
图1a示出了用于浓度确定的装置的第一示意图，
图1b示出了用于浓度确定的装置的另一第二示意图，
图2示出了用于浓度确定的装置在流动通道处的布置，
图3示出了用于浓度确定的装置在流动通道处的另一布置，以及
图4示出了关于根据图1a和1b的用于浓度确定的装置中的重叠区域的图示。
具体实施方式
图1a示出了用于确定在呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1的第一示意图。所示出的装置1具有辐射源30，所述辐射源30具有第一辐射元件300。与辐射源30相对置地以竖直间隔l3 33布置有探测器元件50和探测器元件60。在探测器元件50、60处布置有带通滤波元件51、61。带通滤波元件51、61优选地被实施成如下带通滤波元件：所述带通滤波元件使预定波长范围对于由辐射源30放射的辐射31能够通过。在该图1a中绘出了具有竖直参考轴32和水平参考轴36的坐标系，在描述部件彼此之间的位置以及在空间中的位置方面参考所述坐标系。这样，进行辐射源30的从放射的水平平面37中出来的放射31，其中水平平面37平行于水平参考平面36。设置有控制单元9，所述控制单元9借助于控制线路93、93'与辐射元件300连接。此外，控制单元9借助于控制线路96、96'与探测器元件60连接。此外，控制单元9借助于控制线路95、95'与探测器元件50连接。探测器元件50与所属的滤波元件51一起构造探测器装置52。探测器元件60与相关滤波元件61一起构造探测器装置62。探测器装置52和62一起得出探测器配置40，所述探测器配置40与辐射源30和控制单元9相互作用地在功能上构造用于确定气体组分的浓度的装置1。探测器配置40相对于竖直轴32以及相对于水平参考轴36的布置由探测器装置52、62的间隔来确定。探测器装置52在该图1a中被设计为平行于水平参考轴36以及放射的水平平面37的布置。在探测器配置40中，得出探测器元件50与中心轴32相距的水平间隔l1 34。在探测器配置40中，得出探测器元件60与中心轴32相距的间隔l1 34'。此外，在探测器配置40中得出带通滤波元件51与中心轴32相距的水平间隔l2 35。在探测器配置40中，得出滤波元件61与中心轴32相距的间隔l2 35'。以探测器装置52、62相对于中心轴32的直角布置为条件，与中心轴32相距的间隔l134和l235对于探测器元件50和滤波元件51是相等的。
在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1的示意图中绘出了流动通道100，所述流动通道100平行于水平参考轴36地被布置在辐射源30与探测器装置52、62之间。在流动通道100的壁部中，彼此相对置地布置有第一光可透过的透光元件F121和第二光可透过的透光元件F2 22，由此实现了辐射源30通过流动通道100的放射。
在该图1a中，部件的扩展或延伸以及部件彼此之间的间隔以长度形式被绘出，如其在表格2a和2b中所列举。
绘出了透光元件F1 21与辐射源30之间的间隔lF1 210。
绘出了透光元件F2 22与探测器装置52、62之间的间隔lF2 220。
绘出了光阑元件B 23与探测器装置52、62之间的间隔lDB 240。
绘出了辐射源30与探测器装置52、62之间的竖直间隔l3 33。
绘出了辐射源30的竖直扩展ls 388。
绘出了光阑B 23的开口的水平扩展lB 230。
绘出了探测器装置52、62的水平扩展lD1,2 600。
根据所述图1a的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1在结构上被构造为使得在应用根据表3的关系A、B、C、D、E作为在结构上尺寸确定的基础的情况下得出具有重叠区域65的小型构造装置的构型（图4）。
通过所述小型构造装置——其基于之前借助于表3中针对第一实施方式列举的关系A、B、C、D、E示出的几何结构条件的应用，以及基于在探测器配置40中的两个探测器装置52、62之间的间隔l0 38（图4）以及与竖直中心轴32相距的间隔34、34'、35、35'、辐射源30的水平扩展ls 388、光阑B 23的开口的水平扩展lB 230、探测器装置52、62的水平扩展lD1,2600与竖直间隔l3 33相互作用而引起——针对由辐射源30放射的放射31沿着在辐射源30与探测器配置40之间的竖直间隔得出由辐射源30放射的辐射31中的重叠区域65（图4）。
该重叠区域65（图4）竖直地从探测器装置52、62的平面朝着辐射源30的方向出现。例如气体分子或冷凝水（诸如水蒸气或水滴之类的湿气）400（其在所述图1a中示例性地在中心轴32上在辐射源30的附近被绘出）导致以下情况，辐射源30的放射穿透所述气体分子400，并且在此作为放射31变为既对探测器元件50起作用也对探测器元件60起作用。因此确保：例如不仅到探测器元件50上的湿气（冷凝水）400而且到探测器元件60上湿气（冷凝水）以相同方式使放射衰减。由此得出以下可能性，由探测器元件50和探测器元件60的信号的比例组成来消除湿气和杂质的影响。
在关于图1a的所述说明中，应可参阅图4，其中示例性并且简化地以图形形式阐明了根据所述条件A、B、C、D、E在放射31中的重叠区域65（图4）方面装置1的结构中的效果。
控制单元9借助于合适的电子部件（放大器、模数转换器、微控制器）分析探测器元件50、60的信号并且提供输出信号99。输出信号99在此表示由探测器元件50、60检测的信号以及所检测的信号的比例，并且因此还表示由所述信号或信号比例导出的气体浓度。
图1b示出了用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1'的另一第二示意图。
图1a和图1b中的相同元件在该图1b中用与图1a中对应相同的元件相同的附图标记来表示。
图1b利用另一第二示意图示出了图1a的经改动的变型方案。与图1a不同，在图1b中，辐射源30布置在与光学元件和探测器相同的侧上。所示出的装置1'具有辐射源30（在图1b中无编号），所述辐射源30具有辐射元件300。与辐射源30直接相邻地布置有探测器元件50和另一探测器元件60。在探测器元件50、60处布置有带通滤波元件51、61。与辐射源30相对置地作为光学反射性元件布置有反射器39、例如镜或平面镜。反射器39针对由辐射源30放射的辐射31充当镜，并且导致反射辐射31'朝着带通滤波元件51、61以及探测器元件50、60的反射。带通滤波元件51、61使得在预先确定的波长范围中的光能够通过。在该图1b中，绘出了具有竖直参考轴32、水平参考轴36的坐标系。所述轴以图1a中的描述类似的方式用作关于部件彼此之间以及在空间中的位置参考。设置有控制单元9，所述控制单元9与辐射源30的辐射元件300连接。借助于控制线路93、93'或96、96'以及95、95'来将控制单元9与探测器元件60、50相连接的布置对应于根据图1a以及相关描述的布置，于是它们应当为此作为参考适用。探测器元件50与所属的滤波元件51一起构造探测器装置52。探测器元件60同样与所属的滤波元件61一起构造探测器装置62。所述探测器装置52、62与辐射源30一起得出探测器配置41，所述探测器配置41在与控制单元9和反射器39相互作用在功能上构造用于确定气体组分的浓度的装置1'。探测器配置41相对于轴32、36的布置由探测器装置52、62的间隔来确定。探测器装置52、62在所述图1b中分别被实施为与竖直中心轴32成直角。在探测器配置41中，得出探测器元件50与中心轴32相距的水平间隔l1 34。在探测器配置41中，得出探测器元件60与中心轴32相距的间隔l1 34'。在探测器配置41中，得出带通滤波元件51与中心轴32相距的水平间隔l2 35。以探测器装置52、62相对于中心轴32的直角布置为条件，与中心轴32相距的间隔l1 34'和l2 35'对于探测器元件50和滤波元件51是相等的。此外在探测器配置41中，得出滤波元件61与中心轴32相距的间隔l2 35'。以探测器装置52、62相对于中心轴32的直角布置为条件，与中心轴32相距的间隔l1 34和l2 35对于探测器元件50和滤波元件51是相等的。
在用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1'的示意图中绘出了流动通道100'，所述流动通道100'平行于水平参考轴36地布置在反射器39与探测器装置52、62之间。在流动通道100'的壁部中，彼此相对置地布置有第一光可透过的透光元件F1 21和第二光可透过的透光元件F2 22，由此实现了通过流动通道100'的借助于辐射源30的放射31和借助于反射器39反射的辐射31'。
在所述图1b中，部件的扩展或延伸以及部件彼此之间的间隔以长度形式被绘出，如其在表格2a和2b中所列举。
绘出了透光元件F1 21与反射器39之间的间隔lF1 210。
绘出了透光元件F2 22与探测器装置52、62之间的间隔lF2 220。
绘出了光阑元件B 23与探测器装置52、62之间的间隔lDB 240。
绘出了反射器39与探测器装置52、62之间的竖直间隔l3 33'。
绘出了反射器39的水平扩展lR 390。
绘出了光阑B 23的开口的水平扩展lB 230。
绘出了探测器装置52、62的水平扩展lD1,2 600。
根据所述图1b的用于确定呼吸气体混合物中的至少一种气体组分的浓度的装置1'在结构上被设计为，使得在应用根据表3的关系A、B、C、D'、E'的情况下作为在结构上尺寸确定的基础得出具有重叠区域65的小型构造装置的构型（图4）。
通过小型构造装置——其基于之前借助于表3中针对第二实施方式列举的名称A、B、C、D'、E'示出的几何结构条件的应用，以及基于探测器配置41中的两个探测器装置52、62之间的间隔l0 38（图4）以及与竖直中心轴32相距的间隔34、34'、35、35'、反射器39的水平扩展lR 390、光阑B 23的开口的水平扩展lB 230、探测器装置52、62的水平扩展lD1,2 600与竖直间隔l3 33'互相作用而引起——针对由反射器39反射的辐射31'沿着在辐射源30与探测器配置41之间的竖直间隔得出在由反射器39反射的辐射31'中的重叠区域65（图4）。该重叠区域65（图4）竖直地从探测器装置52、62的平面朝着辐射源30的方向出现。探测器装置51、62相对于水平参考轴36、中心轴32以及相对于平行于水平参考轴36布置的反射器的光反射的水平平面37'来设计。基于探测器装置52和62得出的重叠区域65（图4）导致：例如存在于反射辐射31中的反射器39附近的杂质和冷凝水以影响探测器元件50以及探测器元件60相同方式影响辐射、即必要时使得辐射衰减。由此得出以下可能性，如图1a所述，由探测器元件50和探测器元件60的信号的比例来消除湿气400（图1a）或杂质的影响。
在关于图1b的所述说明中，应可参阅图4，其中示例性并且简化地以图形形式阐明了根据所述条件A、B、C、D'、E'在所反射的辐射31'中的重叠区域65（图4）方面装置1的结构中的效果。
与图1a不同，在该图1b中，针对辐射31朝向反射器39和所反射的辐射31'的路径到探测器元件50、60的路径得出经延长的在最简单情况下加倍的光路。这导致，入射到探测器元件50、60的光束比图1a中具有更小强度。这导致在该图1b中的用于确定气体组分浓度的装置1'的灵敏度方面的差异。探测器元件50、60的信号在控制单元9中的分析与关于图1a所述类似的方式借助于合适电子部件来进行。控制单元提供输出信号99，所述输出信号表示探测器元件50、60的信号或者表示探测器元件50、60的信号的比例。因此，输出信号99基于探测器元件50、60的所检测信号提供从信号中导出的浓度用于例如显示单元94（图2）的进一步处理。
图2和3示出根据图1a、1b的用于浓度确定的装置的布置。图2、3应当在共同的附图说明中在彼此共有特征方面予以描述，但是还在彼此之间的差异方面予以描述。与图2、3中的对应类似的元件一样，图2、3中的相同元件以相同的附图标记来表示。与图2、3中的对应类似的元件一样，图2、3和图1a、1b中的相同元件以与图1a、1b中相同的附图标记来表示。
在图2中示出了用于确定气体组分浓度的装置1'（图1b）。流动通道100'被构造用于输送具有借助于装置1'（图1b）测量的气体量80的流。结合辐射源30、被实施成点辐射器30'的辐射元件300和控制单元9示出了探测器装置52、62。具有辐射源30和控制单元9的探测器装置52、62布置在保持元件97中，所述保持元件97耦合在流动通道100'上。流动通道100'具有第一透光元件F1 21，所述透光元件F1 21与反射器39一起在流动通道100'的壁部中构造结构单元。流动通道100'具有第二透光元件F2 22，所述透光元件F2 22与光阑元件23一起在流动通道100'的壁部中构造结构单元。透光元件F1 21、F2 22被构造为被由辐射源30、30'放射的光穿透并且被由反射器39反射的光穿透。透光元件F1 21、F2 22以及反射器39和光阑元件23借助于密封元件98布置在流动通道100'处，以便确保流动通道100'的气密性。根据图2的装置的作用方式如关于图1b所述那样得出。
在图3中与图2不同，示出了根据图1a的用于确定气体组分浓度的装置1。辐射源30与两个探测器装置52、62相对置地布置在流动通道100处。具有辐射源30和控制单元9的探测器装置52、62布置在保持元件97中，所述保持元件97耦合在流动通道100上。探测器装置52、62和辐射源30的布置彼此相对置地在流动通道100的如下位置处进行，在所述位置处，流动横截面以文氏管形状减小。
流动通道100'具有第一透光元件F1 21，所述透光元件F1 21布置在流动通道100的壁部中。流动通道100具有第二透光元件F2 22，所述透光元件F2 22与光阑元件23一起在流动通道100的壁部中构造结构单一。透光元件F1 21、F2 22被构造为被由辐射源30放射的光穿透。透光元件F1 21、F2 22以及光阑元件23借助于密封元件98布置在流动通道100处，以便确保流动通道100的气密性。在根据图3的所述构型中需要从两侧设置控制单元9的元件。由此能够实现：运行具有探测器元件50、60的探测器装置52、62（图1a）并放大信号。控制单元9附加地用于操控辐射源30并且输出输出信号99。
在图2、3中设置有输出信号99，所述输出信号99如之前在图1a和1b中所详述的那样表示所检测的气体浓度。
在图2中，以虚线绘出了医学设备200以及显示单元94分别作为可选部件。这些可选部件示例性地表示以下可能性，将输出信号99输送给进一步的处理和使用。
在图3中，这些可选部件200、94未被示出，但是应当仍然适用的是以本发明设想一并也落入根据该图3的构造中。
图4示出了关于根据图1a和1b的用于浓度确定的装置1、1'中的重叠区域65的图示1000。和图1a、1b、2、3中对应类似的元件一样，在图4和图1a、1b、2、3中的相同元件在图4中用相同的附图标记来表示。
示出了在装置1（图1a）以及装置1'（图1b）的结构中的、在注意表3中所描述的条件A、B、C、D、E或A、B、C、D'、E'的情况下在根据图1a的放射31以及根据图1b的反射辐射31中的重叠区域65方面的效果。以示意形式绘出了两个探测器装置52、62，其具有具有在两个探测器装置52、62之间的间隔l0 38。与探测器装置52、62相对置地，光学放射或光学反射性元件根据图1a在实施方案中作为辐射源30或根据图1b在实施方案中作为反射器39。
根据图1b的构型所需的辐射源类似于图1b中在竖直轴32上作为点辐射器30'定位在两个探测器装置52、62之间。
在此应当注意，根据图4的该图示是具有按照装置1'（图1b）的辐射器30、30'和反射器的情形，其中辐射源30、30'和探测器装置52、62相邻布置，而具有按照装置1（图1a）的辐射源30的情形——其中辐射源30和探测器装置52、62相对置地布置——在所述布置中不需要光学反射性元件。
因为对表3中所描述的条件A、B、C、D、E或A、B、C、D'、E'的结构比例（间隔、扩展、延伸）在重叠区域65方面的影响是类似的，所以这在所述图4中在图示1000予以概括和示出。在两个探测器装置52、62和光学放射元件30或光学反射性元件39之间绘出了流动通道100、100'，其具有布置在流动通道100、100'的壁部中的第一光可透过的透光元件F1 21和第二光可透过的透光元件F2 22以及光阑元件23。第一光可透过的透光元件F1 21和第二光可透过的透光元件F2 22、光阑元件23、探测器装置52、62和光学放射元件30或光学反射性元件39的竖直布置在所述图4中以绘图方式以比例形式被示出，如其从条件A、B、C、D、E或A、B、C、D'、E'的应用中得出。因此，在流动通道100、100'中针对辐射源30的放射31或朝着两个探测器装置52、62的反射辐射31出现的重叠区域65在重叠区域65在流动通道100、100'中的相对扩展方面可以被转用（übertragbar）。流动通道100、100'中的重叠区域65的相对扩展越大，则可以越有效地实现：借助于探测器装置52、62的两个探测器元件50、60（图1a、1b）之间的比例组成来消除湿气和杂质的影响。
附图标记列表
1，1' 用于气体组分的浓度确定的装置
9 控制单元
21 第一透光元件，窗元件（F1）
22 第二透光元件，窗元件（F2）
23 光阑元件（B）
30 辐射源
30' 被构造为点辐射器的辐射源30
31 放射
31' 反射辐射
32 竖直轴、中心轴、参考轴 竖直、竖直轴
33 l3,l3'竖直间隔
34 l1探测器元件50与中心轴32相距的间隔
34' l1探测器元件60与中心轴32相距的间隔
35 l2滤波元件51与中心轴32相距的间隔
35' l2滤波元件61与中心轴32相距的间隔
36 水平参考轴
37 放射的水平平面
37' 光反射的水平平面
38 l0探测器元件50、60之间的间隔
39 光学反射性元件、反射元件、反射器、镜元件
40 探测器配置
41 探测器配置、反射性
50 探测器元件
51 带通滤波元件
52 探测器装置
60 探测器元件
61 带通滤波元件
62 探测器装置
65 重叠区域
80 气体量、气体浓度
93，93' 到辐射元件300的控制线路
94 显示单元
95，95' 数据线路、信号线路
96，96' 数据线路、信号线路
97 保持元件
98 密封元件
99 输出信号
100，100' 流动通道
200 医学设备、呼吸设备、麻醉设备
210 透光元件F1与辐射源之间的间隔lF1
220 透光元件F2与探测器装置之间的间隔lF2
230 光阑元件（B）的水平扩展lB（宽度、长度、直径）
240 光阑元件与探测器装置之间的间隔lDB
300 辐射元件（薄膜，螺旋线）
388 辐射源的水平扩展ls（宽度、长度、直径）
390 光学反射性元件、反射元件的水平扩展lR（宽度、长度、直径）
400 气体分子、湿气冷凝水
600 两个探测器元件的相应水平扩展lD1,2（宽度、长度、直径）
601 探测器装置与光阑元件B之间的空间区域
602 光阑元件与第二透光元件F2之间的空间区域
603 探测器装置与第二透光元件F2之间的空间区域
604 第一透光元件F1与辐射源之间的空间区域
604' 第一透光元件F1与反射器元件之间的空间区域
1000 重叠区域65的图示

Claims (10)

1.用于确定在生物的呼入气体或呼出气体中的气体组分的浓度的装置（1），其
-具有辐射源（30），所述辐射源适于并且被设计用于放射在lambda1（λ1）= 2.5 μm至lambda2（λ2）=14.0μm波长范围内的光放射（31），
-具有两个探测器装置（52，62），所述两个探测器装置具有被构造为适于检测由所述辐射源（30）产生的光放射（31）的两个探测器元件（50，60）、以及具有布置在所述两个探测器元件（50，60）处的两个带通滤波元件（51，61），所述两个带通滤波元件（51，61）被构造用于检测由所述辐射源（30）产生的光放射（31）的探测面，
-具有流动通道（100），所述流动通道被构造用于气流与所述光放射（31）的竖直轴（32）基本上成直角地构造的流动引导，
-具有第一透光元件F1（21）并且具有第二透光元件F2（22），所述第一透光元件和所述第二透光元件都被构造为对于在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm的波长范围中的光放射光学可透过，
-具有光阑元件B（23），所述光阑元件用于将光束从所述辐射源引导到所述两个探测器装置（52，62）的探测面上，
-具有控制单元（9），所述控制单元用于控制所述辐射源（30）的运行，并且用于所述两个探测器元件（50，60）的信号检测，
其中所述两个带通滤波元件（51，61）之一被构造为对于被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，
其中所述两个带通滤波元件（51，61）之一被构造为对于未被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，
其中所述辐射源（30）的放射面被布置为与所述两个探测器装置（52，62）的两个探测面相距竖直间隔l3（33），
其中所述第二透光元件F2（22）作为所述流动通道（100）的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置（1）中被布置为，使得针对所述第二透光元件F2（22）关于竖直间隔l3（33）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE001
0.5得出间隔lF2（220），并且针对所述第二透光元件F2（22），间隔lF2（220）关于竖直间隔l3（33）以及关于与所述两个探测器装置（52，62）的探测面相距的间隔lDB（240）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE002
得出比例，
其中所述第一透光元件F1（21）作为所述流动通道（100）的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的装置（1）中被布置为，使得针对所述第一透光元件F1（21）关于竖直间隔l3（33）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE003
0.3得出间隔lF1（210），
其中所述光阑元件B（23）在用于确定气体组分的浓度的所述装置（1）中在所述流动通道（100）处或所述流动通道（100）之外被布置为，使得针对所述光阑元件B（23）的水平扩展关于所述辐射源（30）的水平扩展ls（388）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE004
0.5得出比例，
其中所述光阑元件B（23）在用于确定气体组分的浓度的所述装置（1）中在所述流动通道（100）处或所述流动通道（100）之外被布置为，使得针对所述光阑元件B（23）的所述水平扩展关于所述辐射源（30）的水平扩展ls（388）以及关于所述探测器装置的水平扩展lD1,2（600）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE005
得出比例，使得在所述流动通道（100）中在所述两个探测器装置（52，62）之间得出针对由所述辐射源（30）产生的光放射（31）的重叠区域（65）。
2.用于确定在生物的呼入气体或呼出气体中的气体组分的浓度的装置（1'），其：
-具有辐射源（30），所述辐射源适于并且被设计用于放射在lambda1（λ1）= 2.5 μm至lambda2（λ2）=14.0 μm波长范围内的光放射（31），
-具有光学反射性元件（39），所述光学反射性元件适于反射光并且与所述辐射源（30）相对置地被布置，
-具有两个探测器装置（52，62），所述两个探测器装置具有被构造为适于检测由所述光学反射性元件（39）反射的辐射（31'）的两个探测器元件（50，60）、以及具有布置在所述两个探测器元件（50，60）处的两个带通滤波元件（51，61），所述两个带通滤波元件（51，61）构造用于检测由所述光学反射性元件（39）反射的辐射（31'）的探测面，
-具有流动通道（100'），所述流动通道被构造用于气流与所述光放射（31）的竖直轴（32）基本上成直角地构造的流动引导，
-具有第一透光元件F1（21）并且具有第二透光元件F2（22），所述第一透光元件和所述第二透光元件都被构造为对于在lambda1（λ1）=2.5μm至lambda2（λ2）=14.0μm的波长范围内的光放射光学可透过，
-具有光阑元件B（23），所述光阑元件用于将光束从所述辐射源引导到所述两个探测器装置（52，62）的探测面上，
-具有控制单元（9），所述控制单元用于控制所述辐射源（30）的运行，并且用于所述两个探测器元件（50，60）的信号检测，
其中所述两个带通滤波元件（51，61）之一被构造为对于被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，
其中所述两个带通滤波元件（51，61）之一被构造为对于未被测量气体吸收的红外辐射光学可透过，
其中所述光学反射性元件（39）的反射面被布置为与所述两个探测器装置（52，62）的两个探测面相距竖直间隔l3（33'），
其中所述第二透光元件F2（22）作为所述流动通道（100）的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的所述装置（1）中被布置为，使得针对所述第二透光元件F2（22）关于竖直间隔l3（33'）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE006
0.5得出间隔lF2（220），并且针对所述第二透光元件F2（22），间隔lF2（220）关于竖直间隔l3（33'）以及关于与所述两个探测器装置（52，62）的探测面相距的间隔lDB（240）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
得出比例，
其中所述第一透光元件F1（21）作为所述流动通道（100）的壁部的一部分在用于确定气体组分的浓度的所述装置（1'）中被布置为，使得针对所述第一透光元件F1（21）关于竖直间隔l3（33'）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE009
0.3得出间隔lF1（210），
其中所述光阑元件B（23）在用于确定气体组分的浓度的所述装置（1'）中在所述流动通道（100）处或流动通道（100）之外被布置为，使得针对所述光阑元件B（23）的水平扩展关于所述光学反射性元件（39）的水平扩展ls（390）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE010
0.5得出比例，
其中所述光阑元件B（23）在用于确定气体组分的浓度的装置（1'）中在所述流动通道（100）处或流动通道（100）之外被布置为，使得针对所述光阑元件B（23）的水平扩展关于所述光学反射性元件（39）的水平扩展lR（390）以及关于所述探测器装置的水平扩展lD1,2（600）根据下列关系
Figure DEST_PATH_IMAGE011
得出比例，使得在所述流动通道（100'）中在所述两个探测器装置（52，62）之间得出针对由所述辐射源（30）产生的光放射（31）的重叠区域（65）。
3.根据权利要求1所述的装置（1），其中所述辐射源（30）被构造为面辐射器、薄膜辐射器、或者被构造为以基本上平面地构成的辐射面构造的辐射元件（300）、或者被构造为以基本上平面地构成的放射面构造的发光二极管（LED），其中所述放射面被设计用于在放射面之上均匀放射，其中在2.0mm2至10.0mm2的范围内选择所述辐射源（30）的所述放射面。
4.根据权利要求2所述的装置（1'），其中所述辐射源（30）被构造为点辐射器或者点状放射发光二极管（LED），利用所述点辐射器或点状放射发光二极管基本上以80°至170°的水平放射角朝着所述光学反射元件（39）的方向对准，并且被构造用于朝着所述光学反射性元件的方向均匀放射，其中在0.05mm2至1mm2的范围内选择所述辐射源（30）的所述放射面。
5.根据权利要求2所述的装置（1'），其中所述光学反射性元件（39）以以下表面结构构造，所述表面结构被设计构造用于将所述反射光（31'）优选均匀地分布到所述两个探测器装置(52，62)上。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1，1'），其中所述两个探测器元件（50，60）被布置为与竖直轴（32）相距在0.1mm至10.0mm范围内的第一间隔l1（34，34'），其中布置在所述两个探测器元件（50，60）处的所述两个带通滤波元件（51，61）被布置为与在所述两个探测器元件（52，62）之间伸展的竖直轴（32）相距在0.1mm至10.0mm范围内的第二间隔l2(35)。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1，1'），其中所述带通滤波元件（51，61）被设计用于对2.5μm至14μm波长范围内的允通范围中的红外光进行光学滤波。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1，1'），其中所述探测器元件（50，60）被设计为热电探测器、辐射热测量计、半导体探测器、温差电堆或温差电元件。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的装置（1，1'），其中利用光学可透过的材料来填充在所述探测器装置（52，62）与所述光阑元件B（23）之间的空间区域（601）、和/或在所述光阑元件B（23）与所述第二透光元件F2（22）之间的空间区域（602）、和/或在所述辐射源（30）或所述光学反射性元件（39）与所述第一透光元件F1（21）之间的空间区域（604，604'）、和/或在所述探测器装置（52，62）与所述第二透光元件F2（22）之间的空间区域（603），其中所述材料具有n≥1的光学折射率。
10.根据权利要求9所述的装置（1，1'），其中在所述关系中提到的长度尺度lF1（210）、lF2（220）、lDB（240）作为物理几何长度扩展或作为物理光学长度扩展是在考虑在所述光阑元件B（23）与所述第二透光元件F2（22）之间、和/或在所述探测器装置（52，62）与所述光阑元件B（23）之间、和/或在所述辐射源（30）或所述光学反射性元件（39）与所述第一透光元件F1（21）之间和/或在所述探测器装置（52，62）与所述第二透光元件F2（22）之间的光学可透过材料的光学折射率的关系的情况下定义的。
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