CN116893141A - 光学测量池 - Google Patents

Abstract

一种光学测量池，用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定。其包括具有管、盖和底部的壳体，将待检查的流体引入壳体。经由与壳体连接的耦入元件，将用于吸收光谱检查的光束耦入到具有待检查的流体的壳体的内部空间，使得耦入的光束在壳体的内部平行于测量池或壳体的光学主轴伸延。盖和底部与用于壳体中的光束的改向元件连接，其将入射到改向元件上的、平行于光学主轴伸延的光束横向于入射的光束错位地平行于光学主轴射回到壳体的内部空间。设有与壳体连接的耦出元件，其将射到耦出元件上的光束从壳体耦出，以将在多次穿透内部空间后耦出的光束供应至用于对被穿射的流体的化学和/或物理参数进行吸收光谱测定的探测器。

Description

光学测量池

技术领域

本发明涉及一种用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定的光学测量池。

背景技术

这种光学测量池通常用于光谱学中，以观察低浓度组分。为了改善该测量池的指示灵敏度，穿过小的、恒定的样品体积的整个光程长度被选择为尽可能长，这是因为较大的路程长度带来较高的指示灵敏度。为了实现这一点，光程长度由光学反射元件偏转，使得测量池被多次穿过，称为多程测量池。该池的出口是光学探测器的入口，光学探测器识别光束由于穿过测量池而引起的特性的特定变化，由此可以从中得出对待检查的组分的需要的结论。对此参阅维基百科文章“多程光谱吸收池”(https://en.wikipedia.org/wiki/Multipass_spectroscopic_absorption_cells)。

两种常规的多程池是怀特池(White-Zelle)和赫里奥特池(Herriott-Zelle)。这些池在示踪气体传感技术中以及在环境和工业工艺中被广泛应用。

怀特池使用具有相同曲率半径的三个球面凹面镜，其中两个较小的凹面镜相对于彼此通过间隙间隔开并且与另一较大的镜相对。光束从外部倾斜地投射到凹面镜之一上并且随后由凹面镜相对于彼此反射多次，直到光束从池倾斜地射出并射到探测器上。

赫里奥特池由两个相反的球面镜组成。通常将孔加工到镜之一中，由此输入光束和输出光束可以倾斜地射入到中间空间中并且从其射出。替选地，光束可以穿过相反的镜中的孔射出。以该方式，赫里奥特池可以通过在镜的每个镜中提供多个射入孔和射出孔来实现多个光源。从德国出版物DE 10308 883A1中也已知类似的赫里奥特池。

从DE 41 24 545 C2中已知另一光学测量池，该光学测量池为了产生特别长的光路在内部完全使柱形的测量池镜面化，测量光束穿过间隙倾斜地耦入到测量池中并且由此在内侧反射多次并可以穿过间隙再次射出且被供应至探测器。

由美国专利申请US 2016/0202175A1已知多种不同的常规的多程池，在此尤其描述了怀特池和赫里奥特池以及另外的多程池。

此外，由美国专利申请US 2021/0199572 A1已知多程池，在该多程池中将两个棱镜对称地布置到测量室中，使得它们精细地彼此错位，并且激光束进入到测量池中以及在其通过棱镜的完全反射多次通行后从测量池射出。在此，在棱镜之间的通行相对于彼此基本上平行地伸延。由于特别地棱镜在对称位置处精细地相对于彼此错位地布置，内部完全反射通行被延长，使得这对于测量具有低浓度的精细颗粒物是有利的。为了温度补偿提出了，借助于加热器和循环介质将其保持在期望的温度范围内。该多程测量池被证明是构造非常复杂，并且对如温度变化或机械振动等外部影响非常敏感。

这些测量池被证明是例如针对热变化或针对振动稳健性低。

发明内容

本发明的目的是提供出一种与现有技术相比改善的光学测量池，其用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定。

该目的根据本发明利用一种用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定的光学测量池来实现，该光学测量池具有下述特征。

本发明的有利设计方案描述了其他实施方式。

根据本发明的光学测量池被构造和设置用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定。光学测量池包括具有管、盖和底部的壳体，将待检查的流体引入到壳体中。

通过与壳体连接的耦入元件，将用于吸收光谱检查的光束耦入到具有待检查的流体的壳体的内部空间中，使得耦入的光束在壳体的内部平行于测量池或壳体的光学主轴伸延。

盖和底部与用于壳体中的光束的改向元件连接，改向元件将入射到改向元件上的、平行于测量池或壳体的光学主轴伸延的光束以横向于入射的光束错位的方式平行于测量池或壳体的光学主轴地射回到壳体的内部空间中。

此外，设有与壳体连接的耦出元件，耦出元件将来自壳体的内部空间的、射到耦出元件上的光束从壳体耦出，以便将在多次穿透内部空间之后耦出的光束供应至用于对被穿射的流体的化学和/或物理参数进行吸收光谱测定的探测器。

在此，壳体的填充流体的内部空间被多次穿射。在此，多次意味着在数十次的范围内的次数或在流体中的待测量的组分、例如空气中的湿气的吸收系数相对较高时在例如10次、尤其是4次至8次的范围内的次数。在此测量池的超过100次的穿射并不是想要的，这是因为测量池的穿射根据本发明是非常有针对性且特定的并且由此是足够的。

利用根据本发明的光学测量池可以测定流体的化学和/或物理参数、例如气体混合物中的气体组分的浓度、尤其是气态的流体中的湿度、流体的温度和/或露点，并且其可以以非常精确和稳健的方式实现，这是因为具有在壳体中特别设计的光程的光学测量池的结构利用多次穿越壳体的内部空间并由此穿过待检查的流体而特别支持这一点。

有利的是，不仅相干激光束、而且来自发出非单色或低聚焦或准直的光的光源的光束作为光束。由于使用具有长的相干长度的光束，增加了光束在多次横穿测量池期间相互干扰地干涉重叠并由此损害测量结果的风险，这种情况通过使用非单色和/或低聚焦和/或准直的光减少，并由此可以实现更可靠的测量结果。

还已经证明，在平行于光学主轴横穿测量池时，在光束的方向上的小偏差是可接受的，并且仍然可以实现足够可靠的测量结果。

光学测量池具有盖和/或底部，其设有多个屋脊棱镜，屋脊棱镜布置在规则的2n角形的侧边上，其中屋脊棱镜布置成，使得规则的2n角形的每隔一个的侧边设有屋脊棱镜，从而其基面优选地覆盖2n角形的整个侧边。在此尤其地，2n角形的每个角由屋脊棱镜的基面覆盖，使得屋脊棱镜的侧面布置在角之上。

通过这种布置确保了，从壳体的内部空间平行于测量池或壳体的光学主轴入射的光束可以经由屋脊棱镜的基面入射、在屋脊棱镜的一个侧面处折射、垂直于光学主轴朝向屋脊棱镜的另一侧面被继续导引，并且通过该另一侧面平行于光学主轴地偏转回壳体的内部空间中，并且由此横向于入射的光束错位地被引导以及由此被限定地引导至壳体的配属有改向元件的相反的盖或底部。通过盖或底部的这种构造可以使用相对于彼此平行的、不同的光束或测量过程并由此扩展光学测量池的功能性。此外，利用具有相应的改向元件(例如相同的但围绕2n角形的角转动错位的改向元件)的相反的底部或盖的相应构造，也可以相继地利用光束穿过所有屋脊棱镜，并且由此以限定的方式2n次地穿过内部空间，以及由此实现光学测量池的特别的精度和稳健性。

在此特别有利的是，对根据本发明的装置进行改进，使得与盖和底部连接的改向元件选自屋脊棱镜、平凸透镜、凹面镜、锥形镜、锥形透镜、逆反射器光学器件。在此，上面所提及的改向元件的各种不同的组合是特别有利的。在此，改向元件的布置、几何形状和材料被选择为，使得平行于光学主轴从壳体的内部空间入射的光束错位地且平行于光学主轴照射到内部空间中。

屋脊棱镜的使用恰好是特别适合的，特别有利的道威(DOVE)棱镜也属于屋脊棱镜，这是因为通过屋脊棱镜的至少两个倾斜侧面可以以简单和高效以及安全的方式实现期望的具有错位的回反射。为此，屋脊棱镜以其基面以如下方式构成并且与盖和/或底部连接，即从壳体的内部空间入射的光穿过基面垂直地射入，并且基于入射的光束的平行于光学主轴的入射方向，所反射的、错位的光束再次平行于光学主轴照射到壳体的内部空间中并且由此朝向相反的底部或盖的方向照射。这些被证明在适配于光学测量池的期望的几何形状方面是非常灵活的，并且额外地被证明在当设计光学测量池时尺寸不精确的方面是非常稳健的。

以相应的方式平凸透镜或凹面镜是有利的，该平凸透镜或凹面镜将来自内部空间的平行于光学主轴入射的光束错位并且平行于光学主轴回射到内部空间中。在此，平凸透镜的平坦侧分别配属于壳体的内部空间，使得入射的光束可以高效地并且以尽可能低的衰减射入到平凸透镜中。

凹面镜在此具有简单的结构，但该结构与凹面镜中的在射入到凹面镜与到达反射面并离开凹面镜之间的且由此在测量池中的未限定的、位置相关的光路相关联，并由此自动影响测量结果。由于凹面镜中的不同的、位置相关的光路，不再能足够精密地测定总光路。这在流体中的待测量的组分的吸收系数低的情况下以及尤其在测量池中的横穿次数较多的情况下是特别干扰的。

相反，平凸透镜具有限定的光路，这实现了测量池的测量结果的改善的有效性。

改向元件的另一个特别优选的构造方案指出了逆反射器光学器件的结构，其例如从机动车辆交通中使用的反射器或者也从借助于激光进行的距离测量已知。这些逆反射器光学器件具有非常简单、有效且稳健的结构。即使这些构造成逆反射器的改向元件在入射的或出射的光束的区域中具有边缘并且由此增加了由于边缘产生不同的光路并由此恶化测量结果的风险，但这些改向元件通过其简单且有效和稳健的结构对于这种测量池是有利的。

在此，已经被证明特别有利的是，选择2n角形的直径明显小于透镜的直径并且由此非常可靠和安全地限定屋脊棱镜的布置，这对测量池中所限定的光路以及由此对测量结果起积极作用。此外，特别有利的是，选择2n角形的中心点在光学主轴上以及由此优选地在透镜的对称轴上，从而屋脊棱镜精确地围绕光学主轴布置并由此能够实现非常确定的光路。

本发明的一个特别优选的改进方案指出了一种光学测量池，在该光学测量池中盖与构造成屋脊棱镜的n个改向元件连接，使得该改向元件布置在规则的2n角形的每隔一个的侧边上，并且底部与构造成尤其具有抛物线形横截面的平凸透镜或凹面镜的改向元件连接。刚好通过选择抛物线形横截面确保了错位以如下方式实现，即平行于光学主轴入射的光束垂直于光学主轴经由焦点被转引到改向元件的另一侧上，并且从那里利用屋脊棱镜再次平行于光学测量池的光学主轴偏转到壳体的内部空间中并由此朝向盖偏转。通过由具有相应的改向元件的特定的盖和底部构成的这种装置，可以使来自2n角形的角以及由此来自屋脊棱镜的光束射到底部，在那里偏转到相反的侧，并且再次朝向盖平行于光学主轴如入射的光束那样射入到内部空间中穿过该内部空间，直至该光束射到在2n角形的相对的角处并且经由处于该处的屋脊棱镜沿着由屋脊棱镜覆盖的侧边横向错位地再朝向内部空间并且由此朝向相反的底部平行于光学主轴回射。在那里重复这个过程，直到光已经穿过所有角点和所有棱镜并借助耦出元件实现耦出。由此实现了一种非常稳健且敏感性低的布置，该布置实现了利用所配属的光学元件弥补了底部相对盖扭转的高程度的公差。在此优选地，屋脊棱镜的数量n较少地被选择在3和5之间、尤其是等于3。这些数量能够实现在技术和机械或光学花费与用于对流体的特性进行吸收光谱测定的光学测量元件的精度和稳健性之间的特别有利的折衷方案。

本发明的一个特别优选的改进方案指出了一种光学测量池，在该光学测量池中构造有至少一个改向元件，使得入射的光束和射回的光束相对于测量池或壳体的光学主轴以及由此相对于光学测量池轴对称地伸延。由此可以降低该改向元件的旋转取向对测量结果的质量的影响并由此改善了光学测量池的稳健性。在此特别有利的是，根据本发明的装置改进成，使得耦入元件和/或耦出元件与盖或底部连接。通过耦入元件或耦出元件与盖或底部的这种限定的静态连接，可以确保光束非常可靠且安全地耦入到光学测量池中或光学测量池的壳体的内部空间中，其针对振动敏感性低。

此外，有利的是，将根据本发明的光学测量池改进成，使得耦入元件和/或耦出元件具有与屋脊棱镜连接的光学元件、尤其是棱镜。在此，优选地借助光学中性粘合剂来进行连接，该光学中性粘合剂将用于耦入或耦出的光学元件、尤其是棱镜与屋脊棱镜连接，使得耦入到屋脊棱镜的光束的至少主要的部分经由屋脊棱镜的侧壁耦出或耦入，并且由此从光学测量池被引导至用于检测吸收的探测器或被引导朝向光学测量池的壳体的内部空间。

在一个特别有利的变型方案中，同一种光学元件既形成耦入元件又形成耦出元件。这一点例如可以通过将光学元件优选地构造成三角棱镜或屋脊棱镜来实现，该三角棱镜或屋脊棱镜的基面被施加到构造成屋脊棱镜的改向元件的侧面上。由此可以使用屋脊棱镜的相同侧作为光束到测量池中耦入侧或从测量池离开的耦出侧，这能够在耦入元件或耦出元件的区域中实现测量池的简单且紧凑的结构。光学元件的这种构造被证明是特别高效且稳健的并且还特别易于维护。

本发明的另一个特别优选的改进方案指出了由具有管、盖和底部的壳体以及改向元件构成的装置，其相对于测量池或壳体的光学主轴以及由此相对于光学测量池旋转对称地构成。这种旋转对称在此构造成，使得对称以任何角度给出，但也以限定的角度给出，例如在构造有布置在规则的六边形的侧边上的三个屋脊棱镜时。在这种情况下，给出六阶的旋转对称，并由此给出围绕60°的限定角度的旋转对称。通过测量池的这种类型的构造，可以实现光学测量池的不同定向，其可以适用不同的安装方案并由此使应用方案更加多样化地设计。

本发明的一个特别优选的改进方案指出了一种光学测量池，在该光学测量池中盖和底部分别配备有附加的平凸透镜，该平凸透镜以其凸侧配属于壳体的内部空间并且平凸透镜将经由平坦侧平行于光学主轴入射的光束以聚焦的方式朝向相反的底部或盖转向。由此，平行于光学主轴伸延的、入射的光束由附加的平凸透镜聚焦，使得该光束被聚焦到壳体的内部空间中的焦点中，并且在穿过该焦点之后再相对于彼此移开并且射到相反的盖或底部。在此，该两个平凸透镜在底部处或在盖处优选地被选择为，使得它们的焦距之和被选择为与它们的工作间距相等或者优选地构造成与它们的工作间距相同，使得在管中产生具有共同的焦点的对应的对称的光程。

在此，一个或多个平凸透镜以其平坦侧例如借助粘合剂与改向元件牢固地连接，该粘合剂具有与平凸透镜相同的折射率并且由此其特性为相对裸透镜(blanken Linse)是光学中性的。通过使用这种粘合剂实现了非常稳健的连接，其明显降低了光学测量池对振动和颤动的敏感性。附加地，在一个或多个改向元件和与之连接的平凸透镜之间可以粘接柱形的透镜，并且由此可以在改向元件与平凸透镜之间引入间距，例如以提高机械刚性。此外，通过这种改进方案利用两个平凸透镜可以降低污染物对光学元件的表面的影响，这是因为被污染物干扰的光束通过在射入部位处的倾斜设置的表面从实际的光程被引出，从而该散射光并不与光束重叠并且并不干扰光束。由此显著减少了不期望的相移或不期望的射束分量，并由此改善了光束的质量，这直接对测量信号的质量起作用。

在此，平凸透镜在底部和盖处的聚焦作用优选地被选择为，使得它们分别将朝向内部空间转向的光束在焦点中集中，并且由此可以特别可靠地测定流体的在一个或多个焦点的区域内的特性，并由此可以减小刚好在管的区域内的内部空间中的负面的干扰效应(其中尤其是产生流体的外部温度效应或湍流效应)，并由此可以改善测量结果的质量。

在此特别有利的是，改进根据本发明的光学测量池，使得两个平凸透镜具有等于壳体的一半长度的、即等于在平凸透镜之间以及由此通常地在盖和底部的改向元件之间的工作间距的一半长度的焦距f。通过这种改进方案，回射的并且平行于光学主轴伸延的光束被聚焦成，使得在平凸透镜之间的中心形成共同的焦点，并且由此光束类似对角线地穿过壳体的内部空间从一侧被引导至另一侧。由此附加地延长了光束在盖和底部之间的光路长度，并且由此改善了光学测量池的精度。此外，通过这种构造改变了被穿射的屋脊棱镜的顺序，这对测量结果没有负面影响。此外在这种构造中，光束可以经由所属的元件耦入和耦出到在屋脊棱镜的相同的侧面处的光学测量池中，并由此简化了结构且提高了光学测量池的稳健性。

本发明的一个特别优选的改进方案指出了一种管，其朝向内部空间的面至少部分地、尤其是完全地构造成激光吸收面和/或非反射面。由此可以在很大程度上去除散射光，该散射光在穿过壳体的内部空间的期望的光路上从实际的光束中被散射出去，并由此改善了信噪比以及由此改善了光学测量池的测量结果的质量。

此外，特别有利的是，改进根据本发明的光学测量池，使得壳体构造成气密的，并且被构造成用于作为待测量的物质的气态流体。优选地，气密的壳体在此也被构造成压力密封的。除了利用光学测量池检查透明的液体的可行性方案，也可以利用该改进方案以特别有利的方式可靠地测定气体的各种不同的化学和/或物理参数。对此列举出例如对气体混合物中的气体组分的浓度，气体中的湿度、尤其是压缩空气中的水含量，气体的温度和/或露点进行测定，其中能够通过这种改进方案以非常精确且稳健的方式实现这一点。

为了多样地设计光学测量池的应用范围，特别有利的是，改进根据本发明的光学测量池，使得给光学测量池配备有半导体光源、尤其是用于产生光束的LED光源或用于产生构造成激光束的光束的激光器。在此，激光器优选地被构造成可调的激光器。该半导体光源、尤其是可调的激光器优选地与耦入元件并且由此尤其与壳体的盖机械地牢固地且因此静态限定地连接，使得该改进方案附加地被证明是尤其针对颤动或热膨胀是特别稳健的。

在此特别有利的是，改进根据本发明的光学测量池，使得光学测量池配备有至少一个用于检测光强度的光学传感器，其中至少一个光学传感器与改向元件或与耦入元件或与耦出元件以连接的方式构造成单独的结构单元，和/或配属于光学测量池的光源与耦入元件以连接的方式构造成单独的结构单元或一起构造成共同的唯一结构单元。通过作为一个或多个结构单元的这种分组可以提高对热膨胀或颤动或振动的抵抗能力并由此进一步改善光学测量池的稳健性。在此，一个或多个光学传感器优选直接地以无气隙的方式与测量池的一个或多个光学元件连接，使得在一个或多个传感器之间的光路上在没有测量池的环境的干扰空气的情况下通过测量池构成整个光路。这一点以如下方式实现，即一个或多个光学传感器直接地尤其通过粘接与改向元件或与耦出元件在没有气隙的情况下连接，该耦出元件也可以形成耦入元件。因此，可以产生结论性强的并且并不由于环境空气而失真的测量结果。在此，优选使用两个光学传感器，其中一个光学传感器布置在光束到测量池中的射入部位的区域中并且由此为参考传感器，而另一光学传感器布置在光束从测量池出来的射出部位的区域中，并且由此与参考传感器相结合可以借助光束的变化来测定在光学测量池中的吸收程度，并且由此获得关于流体在测量池的壳体中的化学和/或物理特性的结论。当要在测量池中测定气体的空气湿度或露点时，一个或多个光学传感器在没有气隙的情况下在光学测量池的射入部位或射出部位处的光学元件处的布置是特别有利的，这是因为在此环境的气隙在传输路径上特别干扰地产生影响。

通过具有这种结构单元的光学测量池的这种构造可以特别简单地设计在结构单元的区域中的维护或修理。

附图说明

在下文中借助优选实施例参照附图来示例性地解释本发明。本发明不限于这些优选的实施例。

图1以示意图示出了根据本发明的示例性的光学测量池的从斜上方观察的视图，

图2示出了图1的光学测量池的从斜上方观察的示意性视图，

图3示出了图1的光学测量池的盖的示意图，

图4示出了图1的光学测量池的底部的示意图，

图5示出了屋脊棱镜在图3的盖的盖面上的布置的示意图，以及

图6示出了具有耦入元件的屋脊棱镜的示意图。

具体实施方式

图1和图2示意地示出了用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定的光学测量池1，光学测量池包括具有管3、盖4和底部5的壳体2，其由金属、尤其是不锈钢制成。壳体2构造成气密的壳体2并且用盖4、底部5和位于底部5与盖4之间的管3包围壳体2的内部空间。内部空间用待检查的流体、尤其是待检查的气体填充。

用本发明的光学测量池1可以测定流体的化学和/或物理参数，例如气体混合物中的气体组分的浓度、尤其是气态的流体中的湿度、流体的温度和/或以及露点。为此，对光学测量池1的填充流体的内部空间施加激光束7，并且该激光束7在多次、尤其是六次穿过具有约为60cm的长度和约为6cm的直径的内部空间后在其特性方面借助于图1和图2中未示出的光学传感器41、42与原始的激光束7进行比较并从中测定流体的化学和/或物理参数。这可以通过示出的光学测量池1以非常精确和稳健的方式实现，这是因为具有在壳体2中特别设计的光程的光学测量池1的结构利用多次穿越壳体2的内部空间6并由此穿过待检查的流体而特别支持这一点。

管3在端部处与盖4气密地螺纹连接并且在另一端部处与底部5气密地螺纹连接。盖4具有在管3的内部空间6的延长中的圆形区域，其设有气密的端面8，在该端面上布置有多个屋脊棱镜9。底部5同样具有在管3的内部空间6的延长中的圆形区域，其设有气密的端面8，该端面借助于非球形透镜21气密地构成。非球形透镜21由具有抛物线形横截面的球形透镜10、22和平凸透镜23组成，其中这些透镜以其平坦的面借助于粘接牢固地连接。在图2中，具有抛物线形横截面的球形透镜22可以被识别为非球形透镜21的一部分。

在图3中以侧视图示出了光学元件的示意图，该光学元件气密地封闭盖4中的圆形区域。

通过耦入和耦出元件11(其构造成具有直角三角形横截面的棱镜)，激光束7(其例如由作为用于激光束7的光源40的可调的激光器被供应至光学测量池1)可以被接收并偏转，使得激光束7经由屋脊棱镜9的侧面13朝向内部空间6转向，其中激光束7在离开构造成屋脊棱镜9的改向元件之后具有平行于测量池1或壳体2的光学主轴34并且因此平行于光学测量池1取向的方向。在此，耦入和耦出元件11借助于粘接与屋脊棱镜9牢固地连接并形成共同的结构单元，其一方面确保在耦入和耦出元件11与屋脊棱镜9之间不存在气隙，且另一方面确保必要时可以将结构单元作为整体进行定位或替换并由此保证非常安全和易于维护的运行。此外，耦入和耦出元件11由此可以与屋脊棱镜9并由此也与盖4牢固地且由此以静态地限定的方式连接。

通过借助于粘接与屋脊棱镜9连接的平凸透镜23，该平凸透镜形成用于密封光学测量池1的内部空间的端面8，经由耦入和耦出元件11耦入的激光束7朝向平凸透镜23的焦点偏转。平凸透镜10借助于其平坦侧借助于粘接分别与三个屋脊棱镜9的基面牢固地且光学中性地连接。屋脊棱镜9与平凸透镜23的连接面一起形成端面8，该端面气密地关闭盖4的圆形区域。平凸透镜23、屋脊棱镜9和用于粘接的粘合剂优选地被选择成，使得它们具有相同或几乎相同的折射率。

此外耦入和耦出元件11的任务在于，将经由屋脊棱镜9供应的激光束7(其在多次穿射壳体2的填充气体的内部空间6之后射入具有耦入和耦出元件11的屋脊棱镜9中)从光学测量池1耦出，并且由此可以借助于一个或多个光学传感器41、42将耦出的激光束7与原始的、待耦入的激光束7进行比较，并且从中可以测定内部空间6中的气态流体的需要的化学或物理参数，并且由此可以根据吸收光谱法使光学测量池1作为光学测量装置的部分起作用。

如图5结合图6示意地示出的那样，图3示出的三个屋脊棱镜9布置在规则的六角形31的三个侧边33之上，其中在屋脊棱镜9之间分别存在未被完全覆盖的空的侧边33。图5示出的端面8对应于平凸透镜23的平坦的面，其与屋脊棱镜9的基面12连接。在此，屋脊棱镜9被选择为，使得屋脊棱镜9的侧面13位于规则的六角形31的角点32之上并由此确保平行于光学主轴34在角32的区域中从内部空间6的方向入射的激光束7通过侧面13偏转，使得激光束7在屋脊棱镜9中平行于基面12继续延伸并且在屋脊棱镜9的另一侧面13处朝向另一角32(刚刚提到的侧面13布置在该角上)延伸并且由此平行于光学主轴34且与入射的激光束7错位地朝向内部空间6离开屋脊棱镜9。因此，该屋脊棱镜9形成根据本发明的改向元件。

通过将三个屋脊棱镜9布置在规则的六角形31的三个不相邻的侧边33上，实现了盖4的旋转对称的构造，盖4具有布置在该处构造成双棱镜9的改向元件。在此，旋转对称的构造的旋转点形成六边形31的中心点35以及同时形成光学主轴34在该处贯穿端面8的点。

图4以侧视图示出了双凸非球形透镜21，其由平凸透镜23和具有抛物线形横截面的球形透镜22组成，其中这些透镜22、23以其平坦的面借助于粘接牢固地彼此连接。在此，透镜22、23和粘接被选择为，使得它们的折射率相同或在很大程度上相同。在平凸透镜23与球形透镜22的连接区域中设有端面8，该端面气密地关闭光学测量池1的内部空间，并且在端面中朝向内部空间或从该内部空间出来指向的激光束平行于光学主轴34伸延。

替选地也已证明适合的是，双凸非球形透镜21以平凸透镜部分23和具有抛物线形横截面的球形透镜部分22一件式地构成。

具有抛物线形横截面的球形透镜22在此构造成，使得其形成改向元件并且由此将入射的、平行于壳体2的光学主轴34伸延的激光束7平行于光学主轴34横向错位地朝向壳体2的内部空间6射回。平凸透镜23借助于其平坦侧与球形透镜22的平坦的面连接。该连接面形成端面8，该端面气密地关闭底部5的圆形区域。

底部5的平凸透镜23和盖4的平凸透镜10具有相同的焦距f，并且在管3中在相应的端部区域中布置成，使得他们相对于彼此的间距对应于两倍焦距f并且他们在管3的中心具有共同的焦点。

由此可行的是，平行于光学主轴34伸延的激光束7从改向元件经由两个平凸透镜10、23的平坦的面射入这些平凸透镜中，并且通过该平凸透镜朝向共同的焦点偏转，并且射入到相反的、平凸透镜10、23的凸面中，并且通过该透镜使平行于光学主轴34伸延的激光束7偏转，激光束经由平凸透镜23、10的相应的平坦的面射入所配属的具有抛物线形横截面的球形透镜22或屋脊棱镜9中并且通过其横向错位地且平行于光学主轴34朝向内部空间6回射，以随后通过所连接的平凸透镜23、10再次朝向共同的焦点24聚焦。

在此，通过屋脊棱镜9的定位和布置，引起了沿着六角形31的侧边33或以侧边33的长度的横向错位。球形透镜22在此构造成，使得通过该球形透镜实现射回的激光束7的这种错位，该激光束相对于测量池1轴对称地伸延、更确切地说相对于壳体2的光学主轴34并且由此相对于光学测量池1轴对称地伸延。由此实现了入射的激光7在入射点的相反侧上的侧边变换以及由此射回。因此，在具有屋脊棱镜9的盖4的改向元件的错位与具有球形透镜22的底部5中的改向元件的错位之间基本上彼此有所差别。其中一个错位沿着围绕光学中心轴布置的均匀的六角形31的侧边线实现，而另一个错位引起了相对于光学中心轴34的侧向变换。由于底部5和盖4之间的错位的这些差别，引起了经由共同的焦点24对内部空间6进行多次穿射，其中在屋脊棱镜9中或在球形透镜22中的改向元件的耦入点和耦出点有规律地变化。

在图中示出的光学测量池1中，经由布置在屋脊棱镜9的侧面13上的共同的耦入和耦出元件11，将激光束7耦入并且在利用相反的底部5穿过所有三个屋脊棱镜9和所配属的角32且相应地倾斜地横穿壳体2的内部空间6之后再从光学测量池1耦出。

具有耦入和耦出元件11的屋脊棱镜9设有两个光学传感器41、42。在此，光学传感器41以无气隙的方式平地布置在屋脊棱镜9的侧面13上，以当朝向光学测量池1的内部空间并且由此在耦入区域中进行第一次偏转时在那里测量来自激光光源40的入射的激光7的光学特性、尤其是强度。另一光学传感器42以如下方式布置在激光7的耦出区域中，即该另一光学传感器布置在耦入和耦出元件11的侧面上，使得激光7在多次穿越测量池1的内部空间之后在从测量池1耦出时在激光7的光学特性、尤其是强度方面被测量。从两个光学传感器41、42的测量值的比较，可以测定在测量池1的内部空间中的待检查的流体的需要的化学或物理特性。

通过这种多次穿过具有待检查的气体的内部空间，可以非常精确地得出关于气体的吸收特性以及由此关于气体的化学或物理参数、例如压缩空气的湿气含量的结论。由于通过该布置能够实现非常稳健且敏感性低的测定，因此这愈加适合。在此已经证明，这种布置也已经被证明是特别不易受到污染、尤其是由引入的待检查的气体所引起的污染，这尤其是通过使用平凸透镜10、23来实现。此外，通过将管3的内壁构造成黑化的内壁并因此构造成非反射面，可以将耦入到激光束7的光路中的并使测量结果失真的杂光的影响保持得非常小，并由此进一步提高光学测量池1的可实现精度。

此外，通过使该光学测量池1构造有螺纹连接的气密的盖4和螺纹连接的气密的底部5以及没有光学元件的管3，能够特别容易地维护和检查光学测量池1或其壳体2。由此光学测量池1的质量以及由此整个光学测量装置的质量被保持得特别高。

附图标记列表

1 光学测量池

2 壳体

3 管

4 盖

5 底部

7 激光束

8 端面

9 屋脊棱镜

10 平凸透镜

11 耦入和耦出元件、三角棱镜

12 屋脊棱镜的基面

13 屋脊棱镜的侧面

21 非球形透镜

22 具有抛物线形横截面的球形透镜

23 平凸透镜

31 具有6个角的2n角形

32 2n角形的角

33 2n角形的侧边

34 光学主轴

35 2n角形的中心点

40 光源

41 耦入区域内的光学传感器

42 耦出区域内的光学传感器。

Claims (14)

1.一种光学测量池(1)，用于对流体的至少一个化学和/或物理参数进行吸收光谱测定，

包括具有管(3)、盖(4)和底部(5)的壳体(2)，

其中设有与所述壳体(2)连接的耦入元件(11)，所述耦入元件将光束(7)耦入到所述壳体(2)的内部空间中，使得耦入的所述光束(7)平行于光学主轴(34)伸延，

其中设有与所述盖(4)和所述底部(5)连接的改向元件，所述改向元件将入射的、平行于所述光学主轴(34)伸延的光束(7)以横向错位的方式平行于所述光学主轴(34)地射回到所述壳体(2)的所述内部空间中，

其中设有与所述壳体(2)连接的耦出元件(11)，所述耦出元件将所射到的光束(7)耦出，

其中所述壳体(2)的填充流体的所述内部空间被多次穿射，

并且其中构造成屋脊棱镜(9)的n(n＞1)个改向元件与所述盖(4)和/或所述底部(5)连接，使得所述改向元件布置在规则2n角形(31)的每隔一个的侧边(33)上。

2.根据权利要求1所述的光学测量池，其特征在于，所述盖(4)与构造成屋脊棱镜(9)的n个改向元件连接，使得所述改向元件布置在规则的2n角形(31)的所述每隔一个的侧边(33)上，其中尤其地选择n＝3，

并且所述底部(5)与构造成尤其具有抛物线形横截面的平凸透镜(22)或凹面镜的改向元件连接。

3.根据权利要求1或2所述的光学测量池，其特征在于，与所述盖(4)和所述底部(5)连接的所述改向元件选自屋脊棱镜(9)、平凸透镜(10、22)、凹面镜、锥形镜、锥形透镜、逆反射器光学器件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测量池，其特征在于，至少一个改向元件构造成，使得入射的所述光束(7)和射回的所述光束(7)相对于所述光学主轴(34)轴对称地伸延。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述耦入元件(11)和/或所述耦出元件(11)与盖(4)或底部(5)连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述耦入元件(11)和/或所述耦出元件(11)具有与屋脊棱镜(9)连接的光学元件(11)、尤其是棱镜。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学测量池，其特征在于，由具有所述管(3)、所述盖(4)和所述底部(5)的所述壳体(2)以及所述改向元件构成的装置相对于所述光学主轴(34)旋转对称地构成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述盖(4)和所述底部(5)分别配备有平凸透镜(23)，所述平凸透镜尤其以其平坦侧与所述改向元件连接。

9.根据要求8所述的光学测量池，其特征在于，至少一个平凸透镜(23)以其平坦侧借助于粘接与至少一个改向元件连接。

10.根据权利要求9所述的光学测量池，其特征在于，两个平凸透镜(23)具有等于在两个所述平凸透镜(23)之间的工作间距的一半长度的焦距f。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述管(3)的朝向所述内部空间的面至少部分地构造成光吸收面和/或非反射面。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述壳体(2)构造成气密的和/或压力密封的并且被构造用于作为待测量的物质的气态流体。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学测量池，其特征在于，所述光学测量池(1)配备有半导体光源(40)，尤其是用于产生所述光束的激光器或LED光源。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学测量池，其特征在于，配属于所述光学测量池(1)的至少一个传感器(41、42)与所述改向元件、所述耦入元件(11)或所述耦出元件(11)构造成单独的结构单元，和/或配属于所述光学测量池(1)的光源(40)与所述耦入元件(11)构造成单独的结构单元或一起构造成共同的唯一结构单元。